CPU和GPU擅長和不擅長的地方

tainqing

CPU和GPU都是具有運算能力的芯片，CPU更像“通才”——指令運算(執(zhí)行)為重+ 數(shù)值運算，GPU更像“專才”——圖形類數(shù)值計算為核心,。在不同類型的運算方面的速度也就決定了它們的能力——“擅長和不擅長”,。

芯片的速度主要取決于三個方面：微架構(gòu),、主頻,、IPC(每個時鐘周期執(zhí)行的指令數(shù))。

1．微架構(gòu)

從微架構(gòu)上看,，CPU和GPU看起來完全不是按照相同的設計思路設計的,，當代CPU的微架構(gòu)是按照兼顧“指令并行執(zhí)行”和“數(shù)據(jù)并行運算”的思路而設計，就是要兼顧程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)運算的并行性,、通用性以及它們的平衡性,。CPU的微架構(gòu)偏重于程序執(zhí)行的效率，不會一味追求某種運算極致速度而犧牲程序執(zhí)行的效率,。

CPU微架構(gòu)的設計是面向指令執(zhí)行高效率而設計的,，因而CPU是計算機中設計最復雜的芯片。和GPU相比,，CPU核心的重復設計部分不多,，這種復雜性不能僅以晶體管的多寡來衡量，這種復雜性來自于實現(xiàn)：如程序分支預測,，推測執(zhí)行,，多重嵌套分支執(zhí)行，并行執(zhí)行時候的指令相關性和數(shù)據(jù)相關性,，多核協(xié)同處理時候的數(shù)據(jù)一致性等等復雜邏輯,。

GPU其實是由硬件實現(xiàn)的一組圖形函數(shù)的集合,，這些函數(shù)主要用于繪制各種圖形所需要的運算。這些和像素,，光影處理,，3D 坐標變換等相關的運算由GPU硬件加速來實現(xiàn)。圖形運算的特點是大量同類型數(shù)據(jù)的密集運算——如圖形數(shù)據(jù)的矩陣運算,，GPU的微架構(gòu)就是面向適合于矩陣類型的數(shù)值計算而設計的,，大量重復設計的計算單元，這類計算可以分成眾多獨立的數(shù)值計算——大量數(shù)值運算的線程,，而且數(shù)據(jù)之間沒有像程序執(zhí)行的那種邏輯關聯(lián)性,。

GPU微架構(gòu)復雜度不高，盡管晶體管的數(shù)量不少,。從應用的角度看,，如何運用好GPU的并行計算能力主要的工作是開發(fā)好它的驅(qū)動程序。GPU驅(qū)動程序的優(yōu)劣很大程度左右了GPU實際性能的發(fā)揮,。

因此從微架構(gòu)上看，CPU擅長的是像操作系統(tǒng),、系統(tǒng)軟件和通用應用程序這類擁有復雜指令調(diào)度,、循環(huán)、分支,、邏輯判斷以及執(zhí)行等的程序任務,。嵌入式學習加騰訊意義氣嗚嗚吧久零就易，它的并行優(yōu)勢是程序執(zhí)行層面的,，程序邏輯的復雜度也限定了程序執(zhí)行的指令并行性,，上百個并行程序執(zhí)行的線程基本看不到。GPU擅長的是圖形類的或者是非圖形類的高度并行數(shù)值計算,，GPU可以容納上千個沒有邏輯關系的數(shù)值計算線程,，它的優(yōu)勢是無邏輯關系數(shù)據(jù)的并行計算。

2．主頻

另外,，GPU執(zhí)行每個數(shù)值計算的速度并沒有比CPU快,，從目前主流CPU和GPU的主頻就可以看出了，CPU的主頻都超過了1GHz,，2GHz,，甚至3GHz，而GPU的主頻最高還不到1GHz,，主流的也就500~600MHz,。要知道1GHz = 1000MHz。所以GPU在執(zhí)行少量線程的數(shù)值計算時并不能超過CPU,。

目前GPU數(shù)值計算的優(yōu)勢主要是浮點運算,，它執(zhí)行浮點運算快是靠大量并行,，但是這種數(shù)值運算的并行性在面對程序的邏輯執(zhí)行時毫無用處。

3．IPC

(每個時鐘周期執(zhí)行的指令數(shù))

這個方面,，CPU和GPU無法比較,，因為GPU大多數(shù)指令都是面向數(shù)值計算的，少量的控制指令也無法被操作系統(tǒng)和軟件直接使用,。如果比較數(shù)據(jù)指令的IPC,，GPU顯然要高過CPU，因為并行的原因,。但是,，如果比較控制指令的IPC，自然是CPU的要高的多,。原因很簡單,，CPU著重的是指令執(zhí)行的并行性。

另外,，目前有些GPU也能夠支持比較復雜的控制指令,，比如條件轉(zhuǎn)移、分支,、循環(huán)和子程序調(diào)用等,，但是GPU程序控制這方面的增加，和支持操作系統(tǒng)所需要的能力CPU相比還是天壤之別,，而且指令執(zhí)行的效率也無法和CPU相提并論,。

最后總結(jié)一下：

CPU擅長的：操作系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件,，應用程序,，通用計算，系統(tǒng)控制等等,；游戲中人工智能,，物理模擬等等；3D建模-光線追蹤渲染,；虛擬化技術——抽象硬件,，同時運行多個操作系統(tǒng)或者一個操作系統(tǒng)的多個副本等等。

GPU擅長的：圖形類矩陣運算,，非圖形類并行數(shù)值計算,，高端3D游戲。

綜上所述,，在一臺均衡計算的計算機系統(tǒng)中,，CPU和GPU還是各司其職，除了圖形運算,，GPU將來可能主要集中在高效率低成本的高性能并行數(shù)值計算,，幫助CPU分擔這種類型的計算,，提高系統(tǒng)這方面的性能。而當前的典型應用還是高端3D游戲,，一個高效的GPU配合一個高效的CPU,，3D游戲的整體效率才能得到保證�,！案叨�3D游戲只需要高端顯卡”或者“高端3D游戲只需要CPU”都是無稽之談,。

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易清軍_W12v6

學習下，這個應該不錯,。

韓寒11

現(xiàn)在一般的手機上都有GPU 吧

xiaobing86203

又是電氣方面的資深資料

jiangsuwanhua

感謝分享,，雖然有的看著不是太懂

面壁深功

一直以為CPU管一切。原來顯卡還有自己單獨的父輩,。不在這行也就不學,。
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俊俊時

好高端的樣子