使用計算機進行渲染時，有兩種流行的系統(tǒng)：基于中央處理單元 (CPU) 或基于圖形處理單元 (GPU)。CPU 渲染利用計算機的 CPU 來執(zhí)行場景并將其渲染到接近完美。這也是執(zhí)行渲染的更傳統(tǒng)方式。然而，隨著 GPU 的出現(xiàn)，基于 GPU 的渲染獲得了很大的普及。這些 GPU 是特定用途的芯片，在某些情況下提供與 CPU 渲染相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。從廣義上講，GPU 渲染允許同時運行更多的并行進程，這使其速度更快，但它可以執(zhí)行的任務(wù)數(shù)量有限。因此，在渲染具有許多對象的大型、詳細場景時，它就沒有那么強大了。另一方面，CPU 渲染不允許并行進程，但它可以執(zhí)行更多不同的任務(wù)，從而呈現(xiàn)更多細節(jié)。Mythbusters 的演示中展示了兩種渲染類型之間的區(qū)別。

在本文中，我們將研究 CPU 和 GPU 渲染，指出它們的區(qū)別，并考慮它們最適合什么，以便您可以根據(jù)您的目標和可能性看到哪個選項可能更方便。

什么是渲染？

渲染是使用計算機應(yīng)用程序從 2D 或 3D 模型生成最終圖像的過程。渲染過程就像一幅畫的最終著色。最初，這幅畫從簡單的素描開始，當(dāng)藝術(shù)家為畫作添加顏色和紋理時，它最終變得栩栩如生。類似地，在渲染中，原始模型被賦予所有微小的細節(jié)，例如紋理、光照和攝像機角度，直到我們得到最終輸出。計算機系統(tǒng)中的渲染由系統(tǒng)中的 CPU 或 GPU 執(zhí)行。有時，在混合設(shè)置中，例如使用 V-Ray 等軟件，CPU 和 GPU 一起工作以創(chuàng)建最終輸出。了解這兩種類型的渲染將有助于評估它們之間的差異。

所以，讓我們先看看基于 CPU 和 GPU 的渲染是什么，然后我們將討論區(qū)分它們的特性。

CPU 渲染：基礎(chǔ)知識

CPU 渲染引擎提供了更多功能來微調(diào)場景中的各種參數(shù)

如今，一個 CPU 構(gòu)成了運行整個系統(tǒng)的多個高功率內(nèi)核。這些內(nèi)核以高頻率運行，使它們能夠以非常快的速度執(zhí)行操作。此外，核心數(shù)越多，渲染性能越好。現(xiàn)代 CPU 擁有多達 64 個內(nèi)核，可提供出色的渲染性能。CPU 渲染還受益于它可以訪問板載隨機存取存儲器 (RAM) 的事實。這允許用戶相對輕松地渲染具有大量數(shù)據(jù)的場景。CPU 渲染也以其渲染質(zhì)量而聞名。例如，皮克斯使用CPU 渲染，因此其電影的視覺質(zhì)量非常出色。CPU 渲染具有優(yōu)勢的一個很好的例子是架構(gòu)設(shè)計。如果要創(chuàng)建具有許多復(fù)雜幾何形狀和微小細節(jié)的場景，CPU 渲染的好處將提供更好和更準確的結(jié)果。

GPU 渲染：基礎(chǔ)知識

GPU 讓預(yù)算有限的用戶更容易獲得渲染

GPU 有數(shù)千個以相對較低的時鐘速度運行的小內(nèi)核。在這種情況下，正是這些核心的數(shù)量讓 GPU 能夠提供強大的渲染性能。GPU 本質(zhì)上被設(shè)計為以并行方式運行任務(wù)。這使它們比 CPU 更具優(yōu)勢，因為渲染是一項通常涉及許多元素的任務(wù)。因此，GPU 以其極快的渲染時間而聞名。快速渲染允許 GPU 實時處理圖形，這就是為什么您會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代視頻游戲使用 GPU 運行起來更加流暢。與游戲行業(yè)一起，GPU 已經(jīng)徹底改變了加密、大數(shù)據(jù)、人工智能和機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域。GPU 渲染在許多領(lǐng)域逐漸普及，正在挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的 CPU 渲染系統(tǒng)。Autodesk 的 Arnold 推出了他們的GPU 渲染引擎，認識到其巨大潛力。

盡管對差異的概述有助于更清楚地了解每個系統(tǒng)，但 CPU 和 GPU 的各種獨特功能也值得了解。

CPU 與 GPU：差異

設(shè)計

Threadripper 3990x等功能強大的 CPU幾乎有 64 個內(nèi)核（而普通 PC 有 4 到 8 個內(nèi)核）。與 GPU 內(nèi)核相比，這些內(nèi)核的數(shù)量可能更少，但它們更高的時鐘頻率使它們能夠更快地運行任務(wù)。對于渲染，更高的核心數(shù)通常更好。

相比之下，GPU 擁有數(shù)千個內(nèi)核——在Nvidia RTX 3090的情況下為 10,496 個。然而，這些內(nèi)核的時鐘頻率比 CPU 低得多。只有絕對數(shù)量的內(nèi)核才能彌補它們的速度，并且在某些渲染場景中，GPU 才能勝過 CPU。

質(zhì)量

與 GPU 相比，CPU 具有更少的內(nèi)核，但它們的通用性要高得多，并且旨在執(zhí)行復(fù)雜的指令集。這使得 CPU 可以毫不費力地運行幾乎任何算法，從而提供更好的質(zhì)量結(jié)果。在質(zhì)量方面，GPU 無法與 CPU 匹敵。您通常會發(fā)現(xiàn) GPU 渲染中的噪點更多。

內(nèi)存優(yōu)勢

CPU 可以訪問系統(tǒng)內(nèi)存。這使他們可以使用大量內(nèi)存，這些內(nèi)存可以升級。Threadripper 3990x 可以支持 512 GB 的 DDR4 RAM。這使 CPU 能夠在具有許多對象和細節(jié)的復(fù)雜場景中渲染大量數(shù)據(jù)。GPU 受到其內(nèi)置視頻 RAM (VRAM) 的限制。最新的 Nvidia 3090 只有 24 GB 的 VRAM，這對于大多數(shù)用戶來說已經(jīng)綽綽有余，但在元素眾多的復(fù)雜場景中，它可能會成為瓶頸。復(fù)雜場景CPU可以通過設(shè)計處理各種任務(wù)。這在工作類型不一致或一次處理的工作量太多的工作負載中很有用。GPU 主要受其硬件能力的限制。它們的設(shè)計目的單一，通常用于重復(fù)運行相同的任務(wù)。此外，RAM 限制加上較慢的內(nèi)核限制了它們有效渲染各種場景的能力。

穩(wěn)定

不同的渲染系統(tǒng)，不同的質(zhì)量

CPU 內(nèi)置于系統(tǒng)中并與系統(tǒng)良好集成。所有應(yīng)用程序的構(gòu)建都考慮了操作系統(tǒng)核心的 CPU。并且由于 CPU 用于渲染的時間很長，因此大多數(shù) bug 已被修復(fù)。當(dāng)您使用 CPU 進行渲染時，這本質(zhì)上會帶來更好的整體系統(tǒng)穩(wěn)定性。

GPU 更容易出現(xiàn)故障。突然的電源波動、驅(qū)動程序更新以及與某些系統(tǒng)缺乏兼容性，都會導(dǎo)致 GPU 性能不佳和不穩(wěn)定。

速度

GPU 并行運行任務(wù)，這通常會提高速度，因為可以同時渲染場景的各種元素。這會導(dǎo)致更快的周轉(zhuǎn)并有助于重復(fù)過程。GPU 也主要用于需要實時渲染的領(lǐng)域（如視頻游戲）。CPU 的內(nèi)核較少，旨在按順序運行任務(wù)。因此，它們通常比 GPU 慢。CPU 的資源可用性也受到限制。由于它必須執(zhí)行許多任務(wù)，CPU 不能僅將其所有硬件都用于渲染。這也導(dǎo)致速度較慢。定期改進隨著我們（似乎）接近摩爾定律的極限，每一代新一代 CPU 之間的飛躍似乎都在放緩。隨著時間的推移，這可能會導(dǎo)致性能停滯不前，甚至可能導(dǎo)致 GPU 不斷改進。最近，我們看到 GPU 創(chuàng)新出現(xiàn)了驚人的飛躍，AMD和Nvidia等公司都在該領(lǐng)域展開了激烈的競爭。GPU的創(chuàng)新周期肯定比CPU快。而且由于升級 GPU 要容易得多，因此您可以期待每一代新一代的渲染性能都會提高。硬件成本與性能級 CPU 相比，GPU 接近價格范圍的低端。一個好的 GPU，比如RTX 3090，可以花費大約 1500 美元，而像Threadripper 3990x這樣強大的 CPU 的價格是 5000 美元。GPU 還在升級方面為您提供優(yōu)勢。您只需將另一個 GPU 連接到您預(yù)先存在的設(shè)置，就可以了。當(dāng)您希望使用 CPU 進行升級時，除了 CPU 的成本之外，您可能還需要投資購買更多兼容的硬件。渲染引擎

渲染引擎是決定 CPU 和 GPU 渲染的另一個關(guān)鍵因素。許多渲染引擎僅在 CPU 或 GPU 上工作。因此，渲染引擎還決定了您可以在系統(tǒng)上運行哪些渲染軟件。Arnold、Corona 和 3Delight 等渲染引擎在 CPU 上工作并產(chǎn)生稍高質(zhì)量的結(jié)果。同時，Blender Cycles、Octane 和 Redshift 等渲染器針對 GPU 進行了優(yōu)化。渲染硬件

平衡的渲染設(shè)置對于獲得最佳性能至關(guān)重要

設(shè)置系統(tǒng)硬件的方式也會影響渲染性能。也許一個好的 CPU 會比幾十個 GPU 做得更好，或者你可以為你的工作流使用一個帶有強大 GPU 的基本 CPU。這可以通過一些硬件基準來評估。判斷渲染性能的兩種流行方法是用于 CPU 渲染的Cinebench和用于 GPU 渲染的Octanebench 。它們都是業(yè)內(nèi)最好的基準標準。根據(jù)CG Director 的基準測試，具有更高時鐘速度的多核 CPU 是您工作流程的更好選擇。在Octanebench 基準測試中，根據(jù)其渲染分數(shù)、性能和價格對各種 GPU 進行比較。

結(jié)論

因此，即使有很多需要考慮，我們也可以根據(jù)您的需要總結(jié) CPU 和 GPU 渲染之間的差異：如果您的工作流程需要速度、復(fù)雜性較低并且在工作中保持一致，那么 GPU 渲染設(shè)置會對您有好處。除了降低硬件成本外，工作質(zhì)量與 CPU 渲染不相上下。GPU 渲染也會以更好的方式適合初學(xué)者的個人資料。

如果你是一個優(yōu)先考慮質(zhì)量的人，在硬件上花費的預(yù)算更大，并且可以等待質(zhì)量結(jié)果，那么 CPU 渲染就是要走的路。您不僅將從渲染質(zhì)量中受益，而且輕松處理復(fù)雜場景的能力將為您帶來競爭優(yōu)勢。