使用計算機進行渲染時，有兩種流行的系統：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 來執行場景并將其渲染到接近完美。這也是執行渲染的更傳統方式。然而，隨著 GPU 的出現，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 渲染相當的結果。

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，但它可以執行的任務數量有限。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，但它可以執行更多不同的任務，從而呈現更多細節。Mythbusters 的演示中展示了兩種渲染類型之間的區別。

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

什么是渲染？

渲染建筑圖增強了最終結果的視覺效果

渲染是使用計算機應用程序從 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，當藝術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，例如紋理、光照和攝像機角度，直到我們得到最終輸出。

計算機系統中的渲染由系統中的 CPU 或 GPU 執行。有時，在混合設置中，例如使用 V-Ray 等軟件，CPU 和 GPU 一起工作以創建最終輸出。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，然后我們將討論區分它們的特性。

CPU 渲染：基礎知識

CPU 渲染引擎提供了更多功能來微調場景中的各種參數

如今，一個 CPU 構成了運行整個系統的多個高功率內核。這些內核以高頻率運行，使它們能夠以非常快的速度執行操作。此外，核心數越多，渲染性能越好。

現代 CPU 擁有多達 64 個內核，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據的場景。CPU 渲染也以其渲染質量而聞名。例如，皮克斯使用CPU 渲染，因此其電影的視覺質量非常出色。

CPU 渲染具有優勢的一個很好的例子是架構設計。如果要創建具有許多復雜幾何形狀和微小細節的場景，CPU 渲染的好處將提供更好和更準確的結果。

GPU 渲染：基礎知識

GPU 讓預算有限的用戶更容易獲得渲染

GPU 有數千個以相對較低的時鐘速度運行的小內核。在這種情況下，正是這些核心的數量讓 GPU 能夠提供強大的渲染性能。GPU 本質上被設計為以并行方式運行任務。這使它們比 CPU 更具優勢，因為渲染是一項通常涉及許多元素的任務。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現現代視頻游戲使用 GPU 運行起來更加流暢。與游戲行業一起，GPU 已經徹底改變了加密、大數據、人工智能和機器學習領域。

GPU 渲染在許多領域逐漸普及，正在挑戰傳統的 CPU 渲染系統。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，但 CPU 和 GPU 的各種獨特功能也值得了解。

CPU 與 GPU：差異

設計

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

相比之下，GPU 擁有數千個內核——在Nvidia RTX 3090的情況下為 10,496 個。然而，這些內核的時鐘頻率比 CPU 低得多。只有絕對數量的內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。

質量

與 GPU 相比，CPU 具有更少的內核，但它們的通用性要高得多，并且旨在執行復雜的指令集。這使得 CPU 可以毫不費力地運行幾乎任何算法，從而提供更好的質量結果。

在質量方面，GPU 無法與 CPU 匹敵。您通常會發現 GPU 渲染中的噪點更多。

內存優勢

高端主板可以輕松容納近 128 GB 的 RAM

CPU 可以訪問系統內存。這使他們可以使用大量內存，這些內存可以升級。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的復雜場景中渲染大量數據。

GPU 受到其內置視頻 RAM (VRAM) 的限制。最新的 Nvidia 3090 只有 24 GB 的 VRAM，這對于大多數用戶來說已經綽綽有余，但在元素眾多的復雜場景中，它可能會成為瓶頸。

復雜場景

CPU可以通過設計處理各種任務。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。它們的設計目的單一，通常用于重復運行相同的任務。此外，RAM 限制加上較慢的內核限制了它們有效渲染各種場景的能力。

穩定

不同的渲染系統，不同的質量

CPU 內置于系統中并與系統良好集成。所有應用程序的構建都考慮了操作系統核心的 CPU。并且由于 CPU 用于渲染的時間很長，因此大多數 bug 已被修復。當您使用 CPU 進行渲染時，這本質上會帶來更好的整體系統穩定性。

GPU 更容易出現故障。突然的電源波動、驅動程序更新以及與某些系統缺乏兼容性，都會導致 GPU 性能不佳和不穩定。

速度

GPU 并行運行任務，這通常會提高速度，因為可以同時渲染場景的各種元素。這會導致更快的周轉并有助于重復過程。GPU 也主要用于需要實時渲染的領域（如視頻游戲）。

CPU 的內核較少，旨在按順序運行任務。因此，它們通常比 GPU 慢。CPU 的資源可用性也受到限制。由于它必須執行許多任務，CPU 不能僅將其所有硬件都用于渲染。這也導致速度較慢。

定期改進

當結合在一起時，RTX 3090s 可以提供卓越的渲染性能

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，這可能會導致性能停滯不前，甚至可能導致 GPU 不斷改進。

最近，我們看到 GPU 創新出現了驚人的飛躍，AMD和Nvidia等公司都在該領域展開了激烈的競爭。GPU的創新周期肯定比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勢。您只需將另一個 GPU 連接到您預先存在的設置，就可以了。當您希望使用 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

Cinema 4D 中 VRay 和 Octane 渲染引擎的并排比較

渲染引擎是決定 CPU 和 GPU 渲染的另一個關鍵因素。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 上工作并產生稍高質量的結果。同時，Blender Cycles、Octane 和 Redshift 等渲染器針對 GPU 進行了優化。

渲染硬件

平衡的渲染設置對于獲得最佳性能至關重要

設置系統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 。它們都是業內最好的基準標準。根據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。最新的AMD 第 3 代 CPU 在性能方面具有明顯優勢，并且比 Intel CPU 相對便宜。但是，如果您想要最好的，Threadripper 3990x在 CPU 渲染方面幾乎是無與倫比的。

在Octanebench 基準測試中，根據其渲染分數、性能和價格對各種 GPU 進行比較。Nvidia RTX 卡成為渲染部門的王者。仔細評估后，您還可以觀察到，當您將更多 GPU 耦合在一起時，您可能會從 GPU 中獲得更好的性能和價值，同時增加 VRAM。

結論

皮克斯的電影 Up 使用了 CPU 渲染

因此，即使有很多需要考慮，我們也可以根據您的需要總結 CPU 和 GPU 渲染之間的差異：

如果您的工作流程需要速度、復雜性較低并且在工作中保持一致，那么 GPU 渲染設置會對您有好處。除了降低硬件成本外，工作質量與 CPU 渲染不相上下。GPU 渲染也會以更好的方式適合初學者的個人資料。

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

所以，它做到了。CPU和GPU渲染都是各自宇宙的主人。但選擇取決于您、您的需求和您的可能性。

審核編輯：劉清