GPU（グラボ）とは？【ざっくり解説】

GPUとは？

GPU：画像処理に特化したプロセッサ

GPUというのは、PC（パソコン）に搭載されている処理装置の一つです。GPUは（Graphics Processing Unit / グラフィックス プロセッシング ユニット）の略称で、名前の通りグラフィックス（画像・動画など）用の処理装置になります。

PCにおける最も有名な処理装置はCPUですが、CPUがPCの処理を全般的に取り扱う汎用プロセッサなのに対し、GPUは画像処理に特化したプロセッサとなっています。GPUはCPUの画像処理特化版と考えるとわかりやすいかと思います。

映像を描写するというのは、非常に高負荷な処理となります。精細な動画やゲームでは非常に高性能な処理能力が必要となるため、GPUのような特化したプロセッサでないと対応が厳しいのが現状です。CPUは画像処理だけでなくPC全体の処理をする必要があるため、画像処理に処理能力を奪われるのは好ましくありません。

そこで活躍するのが画像処理に特化したGPU訳です。そのため、重めの画像処理を前提としつつ、安定性を維持したまま映像を出力するには、実質GPUはPCにとって必須です。実際、市販されているPCでは間違いなくGPUが搭載されています。

今このページをPC（スマホなども含む）で閲覧しているのであれば、その端末にもGPUが搭載されているはずです。

単純な処理の性能はCPUよりも高い

GPUはCPUほど複雑かつ様々な処理を単体で行うことは基本的には出来ないですが、その代わり画像処理に関してはCPUを遥かに凌駕する処理性能を持ちます。

たとえば、動画のエンコード作業を例とした場合、CPUでする場合（ソフトウェアエンコード）では20分以上の時間が掛かるものでも、GPUで行うと（ハードウェアエンコード）ほんの数分で終わったりします。

また、その処理性能の高さを活せないかということで、GPUを画像処理以外の処理にも応用する、GPGPUという技術の開発が最近は進んでいます。

GPUの種類

GPUと一口に言っても、実装方法によっていくつかの種類に分けられています。

現在主要なのは、CPUに統合されている内蔵GPU（iGPU）、グラフィックボードやビデオカードなどと呼ばれるパーツに搭載される単体のGPU（dGPU）になるので、それぞれについて軽く説明していきます。

内蔵GPU（iGPU）

まずは一つ目は内蔵GPU（iGPU）です。内蔵GPUは、文字通り他パーツに内蔵・統合されたGPUのことです。

現在では主にCPU（SoC）に内蔵されている事が基本です。昔は、チップセット（マザーボード）という部分などに組み込まれる事も多かったですが、現在ではあまり見掛けなくなりました。

内蔵GPUは、後述する単体のGPUと比べ、消費電力や発熱が少ない、設置スペースがいらない、別途GPUを用意する費用が要らないなどのメリットがあります。また、API（プログラムの共有方式のようなもの）に幅広く最適化されているため、汎用性が高いという点も大きなメリットです。

ただし、大きなデメリットとして、単体のGPUより性能が非常に低いということがあります。2022年現在では内蔵GPUの性能が大幅に向上してきているので、軽いグラフィック処理なら非常に快適ですし、多少は重いグラフィック処理でも対応できないくらいの性能にはなっていますが、基本的には軽いグラフィック処理用と思った方が良いです。やはりまだ重い3Dゲームや動画編集などは快適にはできない性能です。

また、内蔵GPUは基本的にCPUのメインメモリの一部を借りて動作します。PCのメインメモリーは単体のGPUに搭載されるビデメモリ（VRAM）よりも基本的に低速なので、その点でも単体のGPUよりも劣ります。これにより、一度に扱えるデータ量（メモリの帯域幅）が少なくなってしまうので、特に解像度の大きい動画編集やゲームなどでは大きく処理性能が低下してしまいます。

その上、GPU自体の性能とは関係ありませんが、CPUのメインメモリーの一部を借りるということは、CPUの利用できるメモリが少なくなってしまう点もデメリットです（※例外として、数は少ないですが、内蔵GPUでも専用のVARMを搭載しているものもあります）。

単体のGPU（dGPU / eGPU）

二つ目は単体のGPUです。いわゆる一般的にグラフィックボードやビデオカードと呼ばれるものに使われているのはこの単体GPUになります。上述の内蔵GPUと対照的に、CPUとは別に存在して稼働するのが特徴です。

単体のGPUのメリットは、内蔵GPUよりも性能が圧倒的に高い点です。現状（2022年時点）では、最新の3Dゲームやデータ量の多い動画編集等を快適にしたいなら単体のGPUがほぼ必須となります。

2022年現在では、内蔵GPUは高性能なものでも、重い3DゲームだとFHDだと60fpsを出すのも厳しいです。対して、単体のGPUなら高性能だと軽く200fpsを超えられるものがたくさんあるので、非常に滑らかな映像になります。その性能差は物凄く大きいです。画面が滑らかだと、アクションゲームや競技性の高いゲームなどではより有利になる場合もあるので、

重い動画編集などでも処理時間が圧倒的に短くなるので、頻繁に重めの動画編集をする場合には単体のGPUを導入することが一般的です。

その性能の高さは魅力的ですが、その引き換えに、消費電力・発熱が多い、設置スペースが必要、高価などといったデメリットもあります。モデルにもよりますが、特に価格は非常に高価なのは欠点です。比較的安価なものでも2万円程度はするので（2022年時点）、単体のGPUが搭載されているというだけでPCの価格は大幅に上昇してしまいます。

また、上述のようなグラフィックボード・ビデオカードと呼ばれるものと別に、eGPUと呼ばれる、外付けHDDのような形で接続する利用できるタイプもあります（後述の補足参照）。

主にノートPCで利用されており、基本的にはモバイル性能の高いPCとしての利用ながら、状況によって重いグラフィック処理もしたいという場合に活躍します。ただし、一見凄く便利に見えると思いますが、色々と条件が多い上に追加費用もかなり掛かってしまうので、正直使い勝手は良くはない印象です。

FAQ

GPUの用途や性能による可否などについてを、FAQ形式でざっくりとまとめています。

内蔵GPUではゲームは厳しい？

軽いゲームなら快適にできますし、最新の上位のものなら重いゲームも一応動きます。

もちろんモデルによりますが、今では内蔵GPUの性能も以前より格段に上がっているので、軽いゲームなら基本快適に動きますし、上位のものなら重めの3Dゲームも動かせるレベルになっています（FHDの低設定とかなら）。高いレベルを求めないなら不可能なことはかなり少なくなってきています。

ただし、やはりフレームレート（fps）は単体のGPUと比べると大幅に低く、滑らかな映像とはなりません。カジュアルに楽しみたいなら40fps～60fpsくらいでも普通にプレイはできるので問題ないですが、ゲームによってはfps方が高い方が有利だったり、没入感が高くて楽しめる場合もあるので、グラフィックのキレイなゲームを存分に楽しみたいなら素直に単体のGPUを搭載したゲーミングPCの方が良いと思います。

内蔵GPUで動画編集は厳しい？

FHDぐらいまでの解像度ならある程度出来ますが、それを超える画質となると厳しいです。

GPUにもよりますが、最新の上位のものなら、FHDくらいなら十分な性能だと思います。ただし、やはり4Kのような高解像度のものは厳しいですし、FHDでも動画時間が長いものを頻繁にやるようなら少し時間が勿体無いかもしれません。

高解像度の動画は、扱うデータ量が膨大となるためビデオメモリが重要ですが、内蔵GPUは基本的にCPUのメインメモリを借りて動作するため、単体のGPUよりも低速で容量の少ないメモリしか使えないために厳しいです。

グラボは重いゲームや動画編集をしないなら要らない？

2023年現在では基本「YES」です。

2023年現在では、以前より内蔵GPUの性能は格段に向上しているので、低性能なものでも動画鑑賞とか軽いゲームでは十分な性能があります。重いグラフィック処理をしないならグラボは必須ではありません。

単体のGPU（グラボ）は、主に3DのPCゲームやデータ量の多い画像・動画を扱う人などが必要とするもので、一般の人にとっては、上記以外の用途でグラボは活かせる場面は現状ほとんど無いので、上記のような作業が用途に含まれない場合は、グラボは基本的に必要ありません。

ただし、「グラボはゲームや動画編集等以外では役立つことはないか」ということであれば、今後の将来性も加味して考えると、一概にNOとは言えません。これは、「GPGPU」という、GPUを描画処理以外にも利用する技術があるためです。

そのため、予算に余裕があり、出来るだけ色んな用途で使える可能性を残しておきたいなら、今は必要なくてもグラボを搭載したPCを購入することは無駄ではありません。

ただしGPGPUは、2023年現在ではまだ使えるソフトは限定されているので、現状はそれ目的でわざわざ高価なPCを購入するほどの要素ではないとは思います。

その他の機能とかについて

GPUの通常の画像処理とはちょっと違う処理の一部について、参考までにざっくり触れています。

動画の再生支援（ハードウェアデコード）

YouTubeなどで動画を観る際に、その処理（デコード）をCPUのみで行うと、4Kなど高画質な動画だと負荷が大きくなります。その際にGPUが視聴する動画のコーデックに対してデコード機能を備えていれば、支援を受けることができてCPUの負荷を大幅に軽減することができます。

一応ざっくり仕組みを説明しておくと、動画を利用するには元のままだと容量が非常に大きいため、Web上で公開するなどして観て貰うためには圧縮することが必要となります。これをエンコード（符号化 / 暗号化）と呼びます。

エンコード（圧縮）された動画はそのままでは利用することが出来ないため、実際に視聴するにはそのデータを基に視聴できる動画にする必要があります。この作業をデコード（複合化）と呼びます。YouTube動画などを見る際に行う作業は主にこのデコードとなります。これをGPUに支援して貰えると助かるという感じです。

ただし、最新の高性能CPUならCPUデコードだけでも4K動画を視聴することは可能なので、別途GPUの支援が必須かというとそうではありません。とはいえ、処理中はCPU使用率は高くなってしまい、その他の作業にも影響が出てしまうため、使えたら便利という感じですね。

GPUによる動画の再生支援（ハードウェアデコード）は、ブラウザやGPUが動画のコーデックに対応したデコーターを備えている必要があります。細かい対応状況については割愛しますが、動画再生支援についてざっくりとまとめると下記のようになっています。

リアルタイムレイトレーシング

GPUによるリアルタイムレイトレーシングは、光の反射や屈折の全てをリアルタイムで計算し描写する技術です。これによって、現実を撮影した映像でなくても実写とほぼ区別のつかない映像の描写が可能となります。

リアルタイムレイトレーシングには専用のコアが必要となっています。対応がされ始めたのも最近で、2021年6月時点の主要GPUでは「NVIDIA RTX」「AMD Radeon RX 6000」シリーズくらいしか利用することが出来ないため、リアルタイムレイトレーシングを利用したいなら事前に確認しておきましょう。また、ゲーム側でも対応が必要となっている点にも注意です。ゲーム側の対応状況も確認する必要があります。

また、レイトレーシングは負荷が非常に大きく、通常の描画方法（ラスタライズ）と比べるとfpsが大幅に落ちてしまうため、競技性の高いゲームをする場合やfps数を重視したい場合には向いていない点も留意です。

アップスケーリング技術（DLSS、FSR等）

アップスケーリング技術とは、簡単に言うと「ある解像度の映像を描写したい場合に、より低い解像度の映像を描写し、それ基に高い解像度の映像へ変換することで負荷を大幅に軽減させること」です。このより高い解像度の画像へと変換することをアップスケーリングと呼びます。

アップスケーリング自体にも負荷は掛かるものの、4Kのような超解像度映像をネイティブで描写するよりは圧倒的に低負荷なため、負荷軽減に大きく貢献します。

ネイティブ映像と全く同じ画像とはならない点や、ハードウェアや各ソフトウェア（ゲーム）へ対応が必要になることなどの課題はありますが、特に滑らかさ（fps）を重視したい場合には非常に有用です。

アップスケーリングとは低解像度を高解像度に変換するという過程のみを決めた名称であるため、明確な処理の方法などが定義されていないため、複数の技術が乱立しているような状況です。

2023年現在ではNVIDIAの「DLSS」と、AMDの「FSR」が主となっています。

アップスケーリング技術について詳しいことが知りたい場合は下記の記事でまとめているため、気になる方は良ければご覧ください。

【DLSS / FSR など】主要なアップスケーリング技術まとめ【2024年2月更新】

まとめ

最後に、要点だけをざっくりとまとめています。

記事は以上で全てとなります。最後までご覧いただきありがとうございました。