Расчет памяти при работе php gd?
По своему опыту могу сказать, что вам не хватит памяти. Я не знаю, что там делает GD, но на большие изображения оно выжирает сумасшедшее кол-во памяти. Изображения более 2к на сторону уже становятся проблемой. Используйте ImageMagick.
ПС. www.dotsamazing.com/ru/labs/phpmemorylimit 
В идеале это высота * ширина * количество_бит_на_пиксель
Для 32-битного цвета будет 
5000 * 5000 * 32 = 800 млн бит, это чуть меньше 800 МБ.
На практике, при обработке потребуется примерно раза в 2.5 больше (эмпирический коэфициент, который вполне может зависеть от окружения и параметров сборки).