CPU和GPU擅長(zhǎng)和不擅長(zhǎng)的地方

1、cpu和gpu擅長(zhǎng)和不擅長(zhǎng)的地方cpu和gpu都是具有運(yùn)算能力的芯片，cpu更像“通才”命令運(yùn)算(執(zhí)行)為重+ 數(shù)值運(yùn)算，gpu更像“專(zhuān)才”圖形類(lèi)數(shù)值計(jì)算為核心。在不同類(lèi)型的運(yùn)算方面的速度也就打算了它們的能力“善于和不善于”。 芯片的速度主要取決于三個(gè)方面：微架構(gòu)、主頻、ipc(每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行的命令數(shù))。 1微架構(gòu)從微架構(gòu)上看，cpu和gpu看起來(lái)徹低不是根據(jù)相同的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)的，當(dāng)代cpu的微架構(gòu)是根據(jù)兼顧“命令并行執(zhí)行”和“數(shù)據(jù)并行運(yùn)算”的思路而設(shè)計(jì)，就是要兼顧程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)運(yùn)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(huì)一味追求某種運(yùn)算極致速度而犧牲程序執(zhí)

2、行的效率。 cpu微架構(gòu)的設(shè)計(jì)是面對(duì)命令執(zhí)行高效率而設(shè)計(jì)的，因而cpu是計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)最復(fù)雜的芯片。和gpu相比，cpu核心的重復(fù)設(shè)計(jì)部分不多，這種復(fù)雜性不能僅以晶體管的多寡來(lái)衡量，這種復(fù)雜性來(lái)自于實(shí)現(xiàn)：如程序分支預(yù)測(cè)，推想執(zhí)行，多重嵌套分支執(zhí)行，并行執(zhí)行時(shí)候的命令相關(guān)性和數(shù)據(jù)相關(guān)性，多核協(xié)同處理時(shí)候的數(shù)據(jù)全都性等等復(fù)雜規(guī)律。 gpu其實(shí)是由硬件實(shí)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(yùn)算。這些和像素，光影處理，3d 坐標(biāo)變換等相關(guān)的運(yùn)算由gpu硬件加速來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖形運(yùn)算的特點(diǎn)是大量同類(lèi)型數(shù)據(jù)的密集運(yùn)算形數(shù)據(jù)的矩陣運(yùn)算，gpu的微架構(gòu)就是面對(duì)適合于矩陣類(lèi)型的數(shù)值計(jì)算而設(shè)計(jì)的，

3、大量重復(fù)設(shè)計(jì)的計(jì)算單元，這類(lèi)計(jì)算可以分成眾多自立的數(shù)值計(jì)算大量數(shù)值運(yùn)算的線程，而且數(shù)據(jù)之間沒(méi)有像程序執(zhí)行的那種規(guī)律關(guān)聯(lián)性。 gpu微架構(gòu)復(fù)雜度不高，盡管晶體管的數(shù)量不少。從應(yīng)用的角度看，如何運(yùn)用好gpu的并行計(jì)算能力主要的工作是開(kāi)發(fā)好它的驅(qū)動(dòng)程序。gpu驅(qū)動(dòng)程序的優(yōu)劣很大程度左右了gpu實(shí)際性能的發(fā)揮。 因此從微架構(gòu)上看，cpu善于的是像操作系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件和通用應(yīng)用程序這類(lèi)擁有復(fù)雜命令調(diào)度、循環(huán)、分支、規(guī)律推斷以及執(zhí)行等的程序任務(wù)。學(xué)習(xí)加騰訊意義氣嗚嗚吧久零就易，它的并行優(yōu)勢(shì)是程序執(zhí)行層面的，程序規(guī)律的復(fù)雜度也限定了程序執(zhí)行的命令并行性，上百個(gè)并行程序執(zhí)行的線程基本看不到。gpu善于的是圖形類(lèi)

4、的或者是非圖形類(lèi)的高度并行數(shù)值計(jì)算，gpu可以容納上千個(gè)沒(méi)有規(guī)律關(guān)系的數(shù)值計(jì)算線程，它的優(yōu)勢(shì)是無(wú)規(guī)律關(guān)系數(shù)據(jù)的并行計(jì)算。 2主頻 另外，gpu執(zhí)行每個(gè)數(shù)值計(jì)算的速度并沒(méi)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(guò)了1ghz，2ghz，甚至3ghz，而gpu的主頻最高還不到1ghz，主流的也就500600mhz。要知道1ghz = 1000mhz。所以gpu在執(zhí)行少量線程的數(shù)值計(jì)算時(shí)并不能超過(guò)cpu。 目前gpu數(shù)值計(jì)算的優(yōu)勢(shì)主要是浮點(diǎn)運(yùn)算，它執(zhí)行浮點(diǎn)運(yùn)算快是靠大量并行，但是這種數(shù)值運(yùn)算的并行性在面向程序的規(guī)律執(zhí)行時(shí)毫無(wú)用處。 3ipc(每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行的命令數(shù))

5、 這個(gè)方面，cpu和gpu無(wú)法比較，由于gpu大多數(shù)命令都是面對(duì)數(shù)值計(jì)算的，少量的控制命令也無(wú)法被操作系統(tǒng)和軟件挺直用法。假如比較數(shù)據(jù)命令的ipc，gpu明顯要高過(guò)cpu，由于并行的緣由。但是，假如比較控制命令的ipc，自然是cpu的要高的多。緣由很容易，cpu著重的是命令執(zhí)行的并行性。 另外，目前有些gpu也能夠支持比較復(fù)雜的控制命令，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強(qiáng)，和支持操作系統(tǒng)所需要的能力cpu相比還是天壤之別，而且命令執(zhí)行的效率也無(wú)法和cpu同日而語(yǔ)。 最后總結(jié)一下： cpu善于的：操作系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序，通用計(jì)算，系統(tǒng)控制等等；嬉戲中人工智能，物理模擬等等；3d建模-光芒追蹤渲染；虛擬化技術(shù)抽象硬件，同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)或者一個(gè)操作系統(tǒng)的多個(gè)副本等等。 gpu善于的：圖形類(lèi)矩陣運(yùn)算，非圖形類(lèi)并行數(shù)值計(jì)算，高端3d嬉戲。 綜上所述，在一臺(tái)均衡計(jì)算的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，cpu和gpu還是各司其職，除了圖形運(yùn)算，gpu未來(lái)可能主要集中在高效率低成本的高性能并行數(shù)值計(jì)算，協(xié)助cpu分擔(dān)這種類(lèi)型的計(jì)算，提高系統(tǒng)這方面的性能。而當(dāng)前的典型應(yīng)用還是高端