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为什么需要专门出现GPU处理图形工作?

[发布时间:2024-04-14 22:49:19] 来源:乐鱼网站 阅读:1 次

  GPU 加速计算能够给大家提供非凡的应用程序性能,能将应用程序计算密集部分的工作负载转移到 GPU,同时仍由 CPU 运行其余程序代码。

  理解 GPU 和 CPU 之间区别的一种简单方式是比较它们怎么样处理任务。

  CPU 由专为顺序串行处理而优化的几个核心组成,而 GPU 则拥有一个由数以千计得更小、更高效的核心(专为同时处理多重任务而设计)组成的大规模并行计算架构。

  谈及GPU在高性能计算方面的优势,就会自然联想到GPU诞生的经典问题:“为什么需要专门出现GPU来处理图形工作,CPU为啥不可以?”

  为满足各位迫切的求知心,在此结论先行:图形渲染任务具有高度的并行性,GPU可以仅仅通过增加并行处理单元和存储器控制单元,便可取得比CPU更高效的解决能力和存储器带宽,提高一个数量级的运算速度。

  追溯到GPU还没有发明的年代,中央处理器CPU作为整个计算机系统的运算和控制的核心,是整个数据处理的最根本的部件。

  GPU的工作通俗的来说就是完成3D图形的生成,将图形映射到相应的像素点上,对每个像素进行计算确定最终颜色并完成输出,大体上分为顶点处理、光栅化计算、纹理贴图、像素处理、输出五个步骤。

  CPU基于低延时设计,由运算器(ALU)和控制器(CU),以及若干个寄存器和高速缓冲存储器组成,功能模块较多,擅长逻辑控制,串行运算。

  GPU基于大吞吐量设计,拥有更多的ALU用于数据处理,适合对密集数据来进行并行处理,擅长大规模并发计算,因此GPU也被应用于AI训练等需要大规模并发计算场景。

  独立GPU一般封装在独立的显卡电路板上,使用专用的显示存储器,独立显卡性能由GPU性能与显存带宽共同决定。

  集成GPU常和CPU共用一个Die,共享系统内存。集成GPU的制作由CPU厂家完成,因此兼容性较强,并且功耗低、发热量小。

  但如果显卡运行需要占用大量内存,总系统运行会受限,此外系统内存的频率通常比独立显卡的显存低很多,因此一般集成GPU的性能比独立GPU更低。

  GPU拥有单一的强大并行计算能力,所以用途往往是需要大规模并行计算的场景。

  早期GPU多被用于2D和3D图形的计算和处理,因为图形数据的处理往往涉及到大量的大型矩阵运算,计算量大但易于并行化。

  近年由于大数据、AI发展,GPU也常常被用于需要大量重复计算的数据挖掘领域,如机器学习,深度学习等。

  其中服务器GPU可做专业图形处理、计算加速、深度学习等应用,以独立GPU为主;移动端GPU主要是采用集成GPU;PC依据使用用途不同,既可以搭载独立GPU,也能够正常的使用集成GPU。

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