一文详解CPU渲染和GPU渲染之间的优劣

使用计算机进行渲染时，有两种流行的系统：基于中央处理单元 (CPU) 或基于图形处理单元 (GPU)。

CPU 渲染利用计算机的 CPU 来执行场景并将其渲染到接近完美。这也是执行渲染的更传统方式。然而，随着 GPU 的出现，基于 GPU 的渲染获得了很大的普及。这些 GPU 是特定用途的芯片，在某些情况下提供与 CPU 渲染相当的结果。

从广义上讲，GPU 渲染允许同时运行更多的并行进程，这使其速度更快，但它可以执行的任务数量有限。因此，在渲染具有许多对象的大型、详细场景时，它就没有那么强大了。另一方面，CPU 渲染不允许并行进程，但它可以执行更多不同的任务，从而呈现更多细节。Mythbusters 的演示中展示了两种渲染类型之间的区别。

在本文中，我们将研究 CPU 和 GPU 渲染，指出它们的区别，并考虑它们最适合什么，以便您可以根据您的目标和可能性看到哪个选项可能更方便。

什么是渲染？

渲染建筑图增强了最终结果的视觉效果

渲染是使用计算机应用程序从 2D 或 3D 模型生成最终图像的过程。渲染过程就像一幅画的最终着色。最初，这幅画从简单的素描开始，当艺术家为画作添加颜色和纹理时，它最终变得栩栩如生。类似地，在渲染中，原始模型被赋予所有微小的细节，例如纹理、光照和摄像机角度，直到我们得到最终输出。

计算机系统中的渲染由系统中的 CPU 或 GPU 执行。有时，在混合设置中，例如使用 V-Ray 等软件，CPU 和 GPU 一起工作以创建最终输出。了解这两种类型的渲染将有助于评估它们之间的差异。

所以，让我们先看看基于 CPU 和 GPU 的渲染是什么，然后我们将讨论区分它们的特性。

CPU 渲染：基础知识

CPU 渲染引擎提供了更多功能来微调场景中的各种参数

如今，一个 CPU 构成了运行整个系统的多个高功率内核。这些内核以高频率运行，使它们能够以非常快的速度执行操作。此外，核心数越多，渲染性能越好。

现代 CPU 拥有多达 64 个内核，可提供出色的渲染性能。CPU 渲染还受益于它可以访问板载随机存取存储器 (RAM) 的事实。这允许用户相对轻松地渲染具有大量数据的场景。CPU 渲染也以其渲染质量而闻名。例如，皮克斯使用CPU 渲染，因此其电影的视觉质量非常出色。

CPU 渲染具有优势的一个很好的例子是架构设计。如果要创建具有许多复杂几何形状和微小细节的场景，CPU 渲染的好处将提供更好和更准确的结果。

GPU 渲染：基础知识

GPU 让预算有限的用户更容易获得渲染

GPU 有数千个以相对较低的时钟速度运行的小内核。在这种情况下，正是这些核心的数量让 GPU 能够提供强大的渲染性能。GPU 本质上被设计为以并行方式运行任务。这使它们比 CPU 更具优势，因为渲染是一项通常涉及许多元素的任务。因此，GPU 以其极快的渲染时间而闻名。

快速渲染允许 GPU 实时处理图形，这就是为什么您会发现现代视频游戏使用 GPU 运行起来更加流畅。与游戏行业一起，GPU 已经彻底改变了加密、大数据、人工智能和机器学习领域。

GPU 渲染在许多领域逐渐普及，正在挑战传统的 CPU 渲染系统。Autodesk 的 Arnold 推出了他们的GPU 渲染引擎，认识到其巨大潜力。

尽管对差异的概述有助于更清楚地了解每个系统，但 CPU 和 GPU 的各种独特功能也值得了解。

CPU 与 GPU：差异

设计

Threadripper 3990x等功能强大的 CPU几乎有 64 个内核（而普通 PC 有 4 到 8 个内核）。与 GPU 内核相比，这些内核的数量可能更少，但它们更高的时钟频率使它们能够更快地运行任务。对于渲染，更高的核心数通常更好。

相比之下，GPU 拥有数千个内核——在Nvidia RTX 3090的情况下为 10,496 个。然而，这些内核的时钟频率比 CPU 低得多。只有绝对数量的内核才能弥补它们的速度，并且在某些渲染场景中，GPU 才能胜过 CPU。

质量

与 GPU 相比，CPU 具有更少的内核，但它们的通用性要高得多，并且旨在执行复杂的指令集。这使得 CPU 可以毫不费力地运行几乎任何算法，从而提供更好的质量结果。

在质量方面，GPU 无法与 CPU 匹敌。您通常会发现 GPU 渲染中的噪点更多。

内存优势

高端主板可以轻松容纳近 128 GB 的 RAM

CPU 可以访问系统内存。这使他们可以使用大量内存，这些内存可以升级。Threadripper 3990x 可以支持 512 GB 的 DDR4 RAM。这使 CPU 能够在具有许多对象和细节的复杂场景中渲染大量数据。

GPU 受到其内置视频 RAM (VRAM) 的限制。最新的 Nvidia 3090 只有 24 GB 的 VRAM，这对于大多数用户来说已经绰绰有余，但在元素众多的复杂场景中，它可能会成为瓶颈。

复杂场景

CPU可以通过设计处理各种任务。这在工作类型不一致或一次处理的工作量太多的工作负载中很有用。

GPU 主要受其硬件能力的限制。它们的设计目的单一，通常用于重复运行相同的任务。此外，RAM 限制加上较慢的内核限制了它们有效渲染各种场景的能力。

稳定

不同的渲染系统，不同的质量

CPU 内置于系统中并与系统良好集成。所有应用程序的构建都考虑了操作系统核心的 CPU。并且由于 CPU 用于渲染的时间很长，因此大多数 bug 已被修复。当您使用 CPU 进行渲染时，这本质上会带来更好的整体系统稳定性。

GPU 更容易出现故障。突然的电源波动、驱动程序更新以及与某些系统缺乏兼容性，都会导致 GPU 性能不佳和不稳定。

速度

GPU 并行运行任务，这通常会提高速度，因为可以同时渲染场景的各种元素。这会导致更快的周转并有助于重复过程。GPU 也主要用于需要实时渲染的领域（如视频游戏）。

CPU 的内核较少，旨在按顺序运行任务。因此，它们通常比 GPU 慢。CPU 的资源可用性也受到限制。由于它必须执行许多任务，CPU 不能仅将其所有硬件都用于渲染。这也导致速度较慢。

定期改进

当结合在一起时，RTX 3090s 可以提供卓越的渲染性能

随着我们（似乎）接近摩尔定律的极限，每一代新一代 CPU 之间的飞跃似乎都在放缓。随着时间的推移，这可能会导致性能停滞不前，甚至可能导致 GPU 不断改进。

最近，我们看到 GPU 创新出现了惊人的飞跃，AMD和Nvidia等公司都在该领域展开了激烈的竞争。GPU的创新周期肯定比CPU快。而且由于升级 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会提高。

硬件成本

与性能级 CPU 相比，GPU 接近价格范围的低端。一个好的 GPU，比如RTX 3090，可以花费大约 1500 美元，而像Threadripper 3990x这样强大的 CPU 的价格是 5000 美元。

GPU 还在升级方面为您提供优势。您只需将另一个 GPU 连接到您预先存在的设置，就可以了。当您希望使用 CPU 进行升级时，除了 CPU 的成本之外，您可能还需要投资购买更多兼容的硬件。

渲染引擎

Cinema 4D 中 VRay 和 Octane 渲染引擎的并排比较

渲染引擎是决定 CPU 和 GPU 渲染的另一个关键因素。许多渲染引擎仅在 CPU 或 GPU 上工作。因此，渲染引擎还决定了您可以在系统上运行哪些渲染软件。

Arnold、Corona 和 3Delight 等渲染引擎在 CPU 上工作并产生稍高质量的结果。同时，Blender Cycles、Octane 和 Redshift 等渲染器针对 GPU 进行了优化。

渲染硬件

平衡的渲染设置对于获得最佳性能至关重要

设置系统硬件的方式也会影响渲染性能。也许一个好的 CPU 会比几十个 GPU 做得更好，或者你可以为你的工作流使用一个带有强大 GPU 的基本 CPU。这可以通过一些硬件基准来评估。

判断渲染性能的两种流行方法是用于 CPU 渲染的Cinebench和用于 GPU 渲染的Octanebench 。它们都是业内最好的基准标准。根据CG Director 的基准测试，具有更高时钟速度的多核 CPU 是您工作流程的更好选择。最新的AMD 第 3 代 CPU 在性能方面具有明显优势，并且比 Intel CPU 相对便宜。但是，如果您想要最好的，Threadripper 3990x在 CPU 渲染方面几乎是无与伦比的。

在Octanebench 基准测试中，根据其渲染分数、性能和价格对各种 GPU 进行比较。Nvidia RTX 卡成为渲染部门的王者。仔细评估后，您还可以观察到，当您将更多 GPU 耦合在一起时，您可能会从 GPU 中获得更好的性能和价值，同时增加 VRAM。

结论

皮克斯的电影 Up 使用了 CPU 渲染

因此，即使有很多需要考虑，我们也可以根据您的需要总结 CPU 和 GPU 渲染之间的差异：

如果您的工作流程需要速度、复杂性较低并且在工作中保持一致，那么 GPU 渲染设置会对您有好处。除了降低硬件成本外，工作质量与 CPU 渲染不相上下。GPU 渲染也会以更好的方式适合初学者的个人资料。

如果你是一个优先考虑质量的人，在硬件上花费的预算更大，并且可以等待质量结果，那么 CPU 渲染就是要走的路。您不仅将从渲染质量中受益，而且轻松处理复杂场景的能力将为您带来竞争优势。

所以，它做到了。CPU和GPU渲染都是各自宇宙的主人。但选择取决于您、您的需求和您的可能性。

审核编辑：刘清