CPU e GPU vs APU artigo AOC

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Uma comparação entre o modelo clássico de processamento 
(CPU e GPU) e o APU 
 
Igor Vieira Reis 
 
Campus Formiga – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Minas 
Gerais (IFMG) 
CEP: 35.577-010– Formiga – MG – Brasil 
igorvreis21@gmail.com 
 
Abstract.This article aims to compare the classic processing model composed of a CPU 
(Central Processing Unit) and a GPU (Graphic Processing Unit), and the processing of 
the APU (Accelerated Processing Unit), bringing a debate about the advantages and 
disadvantages of each processing unit and in which applications they overlap. 
 
Resumo. Este artigo tem como objetivo comparar o modelo clássico de processamento 
composto por uma CPU (Unidade de processamento central) e uma GPU (Unidade de 
Processamento Gráfico), e o processamento da APU (Unidade de Processamento 
Acelerado), trazendo uma discussão a respeito das vantagens e desvantagens de cada 
unidade e em quais aplicações elas se sobressaem. 
 
1. Introdução 
 As unidades de processamento mais famosas atualmente são a CPU e a GPU, 
uma conhecida por ser o cérebro dos computadores e a outra é a unidade de 
processamento que mais vem evoluindo, mas do outro lado tem a APU que está se 
tornando cada dia mais popular e sendo vista como um caminho para o futuro. 
 
2. A Históra dos processadores 
 Quando o assunto é processadores, logo pensamos em computadores 
domésticos, com as unidades de processamento avançados, dentre elas as mais 
populares a CPU e a GPU que se destacam dentre as demais, devido ao seu poder no 
mercado. Mas a verdade é que para os computadores chegarem nesse nível, foram 
necessárias décadas de desenvolvimento tecnológico. Sendo assim tudo deu início na 
segunda guerra mundial, mais precisamente na década de 40, na qual as primeiras CPUs 
surgiram, com o intuito de auxiliar os britânicos na interceptação e decodificação das 
mensagens passadas por rádios dos alemães aos seus submarinos. 
 
 
Figura 1. CPU feita para criptografar as mensagens alemãs 
 Porém em 1943 um novo computador chamado de ENIAC estava surgindo, era 
um projeto ousado e tinha o intuito de ajudar os britânicos a calcular e fazer tabelas de 
alcance para as artilharias, mas, a construção do ENIAC só terminou em 1946 quando a 
guerra já havia acabado. Com isso, John Mauchley e Eckert foram permitidos a 
compartilhar seus conhecimentos com outros cientistas em um curso de verão quando a 
partir daí surgiram os fortes interesses nas construções de grandes computadores 
digitais. 
 Com isso o ENIAC foi ficando cada vez maior e mais complexo, porém ele tinha 
um grave problema, pois para cada tarefa ou programa diferente que ele fosse executado 
era necessário o reposicionamento dos cabos ou que suas chaves fossem ligadas ou 
desligadas, trabalho feito por mulheres que eram chamadas de computadores, fazendo 
com que ele não armazenasse os dados em seu interior, além da sua complexidade para 
execução. 
 
 
Figura 2. Imagem do ENIAC e as computadores 
 Em 1945, a ideia de uma unidade central de processamento capaz de executar 
diversas tarefas foi publicada por John Von Neumann. Chamado de EDVAC, o projeto 
desse computador foi finalizado em 1949. Essa é a origem dos primeiros modelos 
“primitivos” de processadores da forma como os conhecemos. Além disso, o EDVAC e 
outros computadores, como o Mark I, da Universidade de Harvard, marcam o início da 
era dos computadores modernos, capazes de armazenar programas.[ARRUDA,2011] 
 
Figura 3. Imagem do EDVAC e John Von Neumann 
 Já nas décadas de 50 e 60, ocorreu uma reorganização interna nos computadores, 
na qual os computadores de válvulas foram substituídos pelos de transistores, causando 
reorganização interna dos aparelhos. Foi nesse momento que os processadores 
começaram a ganhar algumas de suas funcionalidades, como registradores de índices, 
operando imediatos e detecção de operadores inválidos. 
 Nos modelos apresentados acima, os processadores ainda não eram visto como 
uma unidade central, e somente na década de 70 que os CPUs com circuitos integrados 
e composto por um único chip de silício, o que permitiu a alocação de dezenas de 
transistores em apenas um chip. Isso causou uma revolução na computação em geral, 
pois proporcionou que computadores mais baratos, mais rápidos e menores fossem se 
tornando cada vez mais comuns. 
 
Figura 4. Imagem do processador Intel 4004 
 
3. CPU - Unidade de processamento central 
 Unidade de processamento central ou CPU, comumente é conhecido pelas 
pessoas como processador ou em um sentido analógico como já dito anteriormente 
como o cérebro dos computadores. O CPU é um circuito eletrônico dentro de um 
computador que executa as instruções que compõem um software (programa de 
computador) de um determinado computador, executando diversas funções lógicas, 
aritméticas, entrada e saída, entre outras, todas funções primordiais para o 
funcionamento de um computador. Como toda tecnologia a CPU também sofreu 
alterações com o passar dos tempos, trocando seu design e as suas implementações, mas 
a sua função principal de organizar as tarefas do computador permaneceram quase que 
imutáveis, essa sua função principal que resultou no seu apelido de cérebro do 
computador. Sua unidade de processamento era composta por 3 componentes, são eles: 
a Unidade Lógica e Aritmética (ULA), a Unidade de Controle (UC) e os Registradores. 
Sendo a Unidade Lógica e Aritmética (ULA), responsável pela execução aritmética e 
lógica, já a Unidade de Controle (UC), tem a função de buscar e decodificar as 
instruções da memória, e por ultimo os Registradores, eles fazem o armazenamento e o 
gerenciamento dos dados recolhidos pela ULA, orientando suas ações. 
 Portanto, a CPU realiza essas três funções: busca de instruções na memória, 
decodificação dessas instruções e por fim a realização da instrução. 
 Os CPUs são fabricados por sua maioria pela Intel e a AMD, criando 
recentemente os processadores de 32 bits e com agora praticamente todos os 
computadores com o processador de 64 bits, alguns desses modelos são: Intel, Intel 286, 
Intel 486, Intel Pentium I, Intel Pentium II, Intel Pentium III, Intel Pentium IV, Intel 
Dual Core, Intel Core 2 Duo, Intel I3, Intel I5, Intel I7. 
 
Figura 5. Processador CPU macro 
 4. GPU - Unidade de Processamento Gráfico 
 GPU (Graphics Processing Unit, ou Unidade de Processamento Gráfico ou 
Unidade de Processamento Gráfico), conhecido também como VPU ou unidade de 
processamento visual, é como foi batizado o microprocessador especializado no 
processamento gráficos dos computadores pessoais ou até mesmo dos vídeo games. Sua 
estrutura de processamento paralelo torna mais eficazes neste tipo de trabalho do que as 
CPUs. As GPUs normalmente são integradas nas placas de vídeo ou nas versões mais 
simplificadas a GPU são integradas diretamente na placa-mãe. 
 As GPUs funcionam transformando energia em informação. Esses chips 
realizam cálculos e instruções que são responsáveis pelas imagens que você vê na tela 
do seu computador, da sua TV, ou do seu celular. Resumindo tudo, se um dispositivo 
tem tela, ele conta com uma GPU. Portanto a Unidade de Processamento Gráfico, é uma 
das mais importantes em um computador, mas, isso nem sempre foi assim, no inicio a 
placa de vídeo tinha o dever de pegar um numero de dados binários do processador 
central e renderiza-los para exibição. Com o passar dos tempos as GPUs foram tendo 
papeis muito mais importantes dentro da computação, como as pesquisas de big datas, e 
o estudo de IA. Os processadores GPU evoluíram de um núcleo em um hardwere, com 
o intuito de plotar gráficos, para um complexo conjunto de núcleo programáveis. 
 Essa revolução no processador GPU, ocorreu no ano de 1995, com a chegada 
das placas 3D e os processadores CPU de 32 bits, e não demorou muito para a GPU ter 
uma nova evolução, já em 1999 a Nvidia lançou a sua GPUcom um processador de 
chip único e configuráveis, podendo renderizar em até 10 milhões de polígonos.
 Mesmo com os vários fabricantes de GPU no mercado os mais populares são 
justamente a Nvidia e a AMD, sendo uns dos seus modelos mais recentes a GeForce 
RTX 2080 Ti e a XFX AMD Radeon VII. 
 
Figura 6. GPU A100 NVIDIA 
5. APU - Unidade de Processamento Acelerado 
 Unidade de processamento acelerado ou ACU, conta com uma arquitetura 
inovadora que foi capaz de unir duas unidades de processamento em apenas um chip de 
silício. Com isso ela ganhou uma aceleração no quesito transferência de dados entre 
dois componentes, e também com um custo reduzido de energia, fazendo que sua 
produção também fosse mais barata, em relação ao modelos tradicionais de 
computadores. 
 A ideia da APU surgiu quando a demanda por aplicativos gráficos cresceu 
muito, e que mesmo com as CPUs atuais e com um bom poder de processamento, elas 
não conseguiam substituir as GPUs. Surgiu então um nicho no mercado onde 
processadores com um bom chipset (é um conjunto de componentes eletrônicos, em 
um circuito integrado, que gerencia o fluxo de dados entre o processador) gráfico. Mas 
mesmo com a ideia inovadora os primeiros exemplares não fizeram sucesso, devido ao 
baixo desempenho e ainda com uma recusa da microsoft em desenvolver um windows 
mais básico necessário para essas configurações. 
 Isso permaneceu até 2011, onde a AMD lançou a sua primeira APU da 
plataforma. O processador contava com uma série 6000 placas gráficas AMD Redeon 
HD e núcleos de processamento baseados na arquitetura do Phenom II, aliando duas 
tecnologias já conhecidas pelo sucesso em um único envelope de silício. 
 Com isso o fabricante que mais se destaca no mercado de APU é a AMD e a 
intel. Com a AMD e sua famosa serie A, que conta com os modelos A12, A10 e A6, 
por exemplo, E atualmente o seu modelo mais inovador o Ryzen 5 3400G, e o seu 
principal concorrente o Intel Core i5 9400. 
 
Figura 7. APU A6 da AMD 
6. CPU e GPU x APU 
 A APU é uma tecnologia que vem se desenvolvendo cada vez mais no mercado, 
por seu custo-benefício, compatibilidade e seu custo reduzido de energia, com alguns 
estudiosos afirmando de ser o caminho para o futuro. Já do outro lado nos temos a CPU 
conhecida como o cérebro dos computadores, responsável por realizar as funções do 
computador, e também temos a GPU que é responsável basicamente por todos os 
processamentos gráficos, e não é à toa que é o processador que mais vem evoluindo no 
mercado. 
 Portanto a grosso modo podemos dizer que a APU é a junção da CPU e da GPU, 
compactando a função das duas em um único chip de silício, mas quais são as suas 
vantagens quando comparada com o modelo clássico de computador (composto por 
uma CPU e uma GPU), essas vantagens são: 
1. A primeira vantagem é a compatibilidade, deixando mais espaço livre no computador, 
ou qualquer aparelho eletrônico que deseja fazer a alocação de processadores. 
2. A segunda vantagem é o baixo consumo de energia, se compararmos o gasto de energia 
de uma APU com os das outras peças (CPU e GPU), ela tem uma economia de quase 
50% sobre os outros. 
3. Terceira vantagem é o seu preço, os processadores APU são mais baratos que o CPU 
individualmente e que o GPU individualmente também, e como um processador 
depende do outro, os aparelhos que utilizam o sistema de APU são muito mais baratos 
que os eletrônicos do modelo tradicional (aqueles que utilizam CPU e GPU). 
4. A quarta vantagem é a troca rápida de informações entre a GPU e a CPU, como elas 
estão "dentro" de um mesmo chip, a transferência de dados ocorre quase que 
instantaneamente, eliminado do processo de dados seriais (forma como é chamado o 
processo de trocas de dados entra a CPU e a GPU na arquitetura clássica de 
computadores). 
 Entretanto o "trabalho em equipe" da CPU e da GPU, não fica para trás, com a 
CPU funcionando como um cérebro, realizando operações aritméticas, decodifica 
instruções, busca operandos além do controle dos pontos de execução e desvios. Em 
quanto isso a GPU "concentra" em atividades mais complexas de processamento 
gráfico, como jogos, softwares de edição de vídeo, modelagem tridimensional ou 
exibição de vídeos. Mas elas também trabalham juntas, a união entre CPU e GPU é 
capaz de entregar resultados incríveis na mais variada gama de atividades. Por exemplo, 
a GPU consegue acelerar a quantidade de dados que a CPU é capaz de processar em 
uma determinada quantidade de tempo, o que traz aplicações 
transformadoras.[HOSTONE,2020] 
 Os "super computadores" são formados por essa arquitetura, geralmente eles tem 
a finalidade de executar jogos, desenvolver inteligência artificial e ate mesmo na 
mineração de cripto moedas. 
 Com isso, a organização clássica de computadores também tem suas vantagens, 
principalmente no quesito de processamento gráfico, isso ocorre porque as placas de 
vídeos (parte do computador onde se localiza a GPU), são muito mais potentes que as 
APUs. E as vantagens pelo uso das placas de vídeo não param por ai, isso afeta também 
a velocidade da memória de vídeo, pois elas têm uma memória muito superior ao das 
APUs. 
 Como o mercado esta mais adaptado a essa arquitetura ela não exige placas mãe 
específicas como o modelo de APU exige. 
 Um exemplo dessas vantagens é a perda de desempenho que os aparelhos que 
utilizam da APU enfrentam nos processamentos gráficos e também nos processamentos 
de dados, isso ocorre quando a memória RAM (é um tipo de tecnologia que permite o 
acesso aos arquivos armazenados no computador) não é suficiente para a execução de 
um programa. Isso acontece pois, a memória RAM compartilha memória com a VRAM 
(que é dedicada processamento de gráficos). Isso ocorre quando o computador vai 
realizar uma tarefa que exige muita memória e portanto processamento, como é o caso 
da execução de jogos, que exige muita memória da CPU e da GPU, e como na APU os 
deis processadores estão "juntos", pode ocorrer uma sobrecarga, causado a perca de 
desempenho ou "gargalo" (FPS ou fremes por segundo), que são aqueles "travamentos" 
na imagem do monitor durante o jogo. 
7. Conclusão 
 Logo, com base nos fatos citados acima, é possível notar que a CPU e a GPU 
são processadores que dependem um do outro, mas possuem um desempenho que 
supera as expectativas presentes na APU, sendo a combinação ideal, no quesito de 
potência e estabilidade. Já o processador de APU, é mais "prático" e possui um valor de 
mercado bem mais acessível, entretanto é inviável realizar determinadas operações em 
aparelhos com APU. 
Referências 
 
STALLINGS, William. (2017). Arquitetura e Organização de Computadores. Pearson 
Universidades, 10th edition. 
 
Unidade central de processamento. Wikipédia. Disponível em: < 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Unidade_central_de_processamento>. Acesso em: 13 de 
jan. de 2021. 
 
Unidade de processamento gráfico. Wikipédia. Disponível em: < 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Unidade_de_processamento_gráfico>. Acesso em: 13 de 
jan. de 2021. 
 
TANENBAUM, A. S. (2013). Organização Estruturada de Computadores. Pearson 
Universidades, 5th edition. 
 
ARRUDA, Felipe. A história dos processadores. Tec Mundo. 16 de jun. de 2011. 
Disponível em: < https://www.tecmundo.com.br/historia/2157-a-historia-dos-
processadores.htm>, Acesso em: 15 de jan. de 2021. 
 
PIMENTA, Rafael. APU: Você sabe o que é?. Geek Blog. 12 de maio de 2020. 
Disponível em: < https://geekblog.com.br/apu-voce-sabe-o-que-e/>. Acesso em: 15 de 
jan. de 2021. 
 
CPU e GPU: qual a diferença?. Hostone. 11 de fev. 2020. Disponível em:< 
https://blog.hostone.com.br/cpu-e-gpu>. Acesso em: 18 de jan. de 2021