CPU和GPU擅长和不擅长的方面

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作者: 赵军 驱动之家

CNETNews.com.cn

508-06-23 15:58:51

关键词: GPU 光线追踪 多重嵌套

  今天讨论的论题是CPU和GPU“擅长和不擅长”的各个方面,而有无谁取代谁的问提。我试着从它们执行运算的层厚与层厚的方面来探讨这些论题。

  CPU和GPU有无具有运算能力的芯片,CPU更像“通才”——指令运算(执行)为重+ 数值运算,GPU更像“专才”——图形类数值计算为核心。在不类似 型的运算方面的层厚也就决定了它们的能力——“擅长和不擅长”。芯片的层厚主要取决于另一个 方面:微架构,主频和IPC(每个时钟周期执行的指令数)。

  1.微架构

  从微架构上看,CPU和GPU看起来删剪有无按照相同的设计思路设计的,当代CPU的微架构是按照兼顾“指令并行执行”和“数据并行运算”的思路而设计,太少太少太少太少要兼顾应用进程执行和数据运算的并行性、通用性以及它们的平衡性。CPU的微架构偏重于应用进程执行的层厚,太少再一味追求这些运算极致层厚而牺牲应用进程执行的层厚。

  CPU微架构的设计是面向指令执行高层厚而设计的,因而CPU是计算机中设计最复杂化的芯片。和GPU相比,CPU核心的重复设计要素太少,这些复杂化性有益于仅以晶体管的多寡来衡量,这些复杂化性来自于实现:如应用进程分支预测,推测执行,多重嵌套分支执行,并行执行以后的指令相关性和数据相关性,多核协同除理以后的数据一致性等等复杂化逻辑。

  GPU确实是由硬件实现的一组图形函数的集合,那先 函数主要用于绘制各种图形所都要的运算。那先 和像素,光影除理,3D 坐标变换等相关的运算由GPU硬件加速来实现。图形运算的特点是血块类似 型数据的密集运算——如图形数据的矩阵运算,GPU的微架构太少太少太少太少面向适合于矩阵类型的数值计算而设计的,血块重复设计的计算单元,类似 计算都能不能 分成众多独立的数值计算——血块数值运算的应用进程,怎样让数据之间没法 像应用进程执行的那种逻辑关联性。

  GPU微架构复杂化度不高,尽管晶体管的数量不少。从应用的层厚看,怎样运用好GPU的并行计算能力主要的工作是开发好它的驱动应用进程。GPU驱动应用进程的优劣很大程度左右了GPU实际性能的发挥。

  怎样让从微架构上看,CPU擅长的是像操作系统、系统软件和通用应用应用进程类似 拥有复杂化指令调度、循环、分支、逻辑判断以及执行等的应用进程任务。它的并行优势是应用进程执行层面的,应用进程逻辑的复杂化度也限定了应用进程执行的指令并行性,上百个并行应用进程执行的应用进程基本看有益于。GPU擅长的是图形类的是因为是非图形类的层厚并行数值计算,GPU都能不能 容纳上千个没法 逻辑关系的数值计算应用进程,它的优势是无逻辑关系数据的并行计算。

  2.主频

  另外,GPU执行每个数值计算的层厚并没法 比CPU快,从目前主流CPU和GPU的主频就都能不能 看出了,CPU的主频都超过了1GHz,2GHz,甚至3GHz,而GPU的主频最高还有益于1GHz,主流的也就50~500MHz。要知道1GHz = 50MHz。太少太少太少太少有GPU在执行血块应用进程的数值计算时并非能超过CPU。

  目前GPU数值计算的优势主太少太少太少太少浮点运算,它执行浮点运算快是靠血块并行,怎样让这些数值运算的并行性在面对应用进程的逻辑执行时毫无用处。

  3.IPC(每个时钟周期执行的指令数)

  这些方面,CPU和GPU无法比较,是因为GPU大多数指令有无面向数值计算的,血块的控制指令也无法被操作系统和软件直接使用。是因为比较数据指令的IPC,GPU显然要高过CPU,是因为并行的是因为。怎样让,是因为比较控制指令的IPC,自然是CPU的要高的多。是因为很简单,CPU着重的是指令执行的并行性。

  另外,目前怎样让 GPU有益于够支持复杂化化的控制指令,比如条件转移、分支、循环和子应用进程调用等,怎样让GPU应用进程控制这方面的增加,和支持操作系统所都要的能力CPU相比还是天壤之别,怎样让指令执行的层厚也无法和CPU相提并论。

  最后总结一下:

  CPU擅长的:操作系统,系统软件,应用应用进程,通用计算,系统控制等等;游戏中人工智能,物理模拟等等;3D建模-光线追踪渲染;虚拟化技术——抽象硬件,同時 运行多个操作系统是因为另一个 操作系统的多个副本等等。

  GPU擅长的:图形类矩阵运算,非图形类并行数值计算,高端3D游戏。

  综上所述,在一台均衡计算的计算机系统中,CPU和GPU还是各司其职,除了图形运算,GPU将来是因为主要集中在高层厚低成本的高性能并行数值计算,帮助CPU分担这些类型的计算,提高系统这方面的性能。而当前的典型应用还是高端3D游戏,另一个 高效的GPU配合另一个 高效的CPU,3D游戏的整体层厚有益于得到保证。“高端3D游戏只都要高端显卡”是因为“高端3D游戏只都要CPU”有无无稽之谈。

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