淺談CPU、GPU、DPU介紹

什么是CPU？

CPU是英文Central Processing Unit的縮寫，一般是指中央處理器，它是一塊超 大規(guī)模的集成電路，是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心。它的功能主要是解釋計(jì)算 機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。

CPU由運(yùn)算器、控制器和寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線 構(gòu)成。CPU的能力高低直接影響了整個(gè)電腦的運(yùn)行速度。

目前CPU主要有兩種指令集架構(gòu)：

復(fù)雜指令集架構(gòu)CISC（Complex Instruction Set Computer）：X86

精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)RISC（Reduced Instruction Set Computer）：ARM、MIPS和RISC-V

為了使計(jì)算機(jī)的性能更快更穩(wěn)定，人們對(duì)計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的構(gòu)造迕行了調(diào)整。最初，? 通過設(shè)置一些功能復(fù)雜的指令，把原來軟件的常用功能改用硬件的指令系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，以 提高執(zhí)行速度，即CISC。另一種方法是盡量簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)指令功能，只保留那些功能簡(jiǎn) 單的指令，而把較復(fù)雜的功能用一段子程序來實(shí)現(xiàn)，即RISC。

CISC和RISC是設(shè)計(jì)制造微處理器的兩種典型技術(shù)，雖然都是在諸多因素中尋求平衡，以達(dá)到高效的目的，但采取的方法不同導(dǎo)致二者在很多方面差異巨大。

國(guó)內(nèi)x86主要產(chǎn)品

海光：2016年，AMD宣布天津海光達(dá)成了協(xié)議，將x86技術(shù)授權(quán)給海光公司，獲得授權(quán)費(fèi)，雙方成立合資公司。

兆芯：通過威盛(VIA)獲 得x86架構(gòu)的授權(quán)。在x86架構(gòu)下，兆芯做了很多新的工作，擁有了自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

國(guó)內(nèi)ARM主要產(chǎn)品

華為海思：目前我國(guó)技術(shù) 最 強(qiáng) 的芯片設(shè)計(jì)公司，華為買了ARM 指令 集架構(gòu)授權(quán)，研發(fā)自有的處理器核， 主攻手機(jī)、服務(wù)器市場(chǎng)。

展訊：2016年芯片出貨量達(dá)到67000萬套，次年6月宣布成功研發(fā)自主的ARM架構(gòu)處理器，宣稱在SC98504 核芯片同樣大的面積上實(shí)現(xiàn)了6核的設(shè)計(jì)，功耗和性能可按需調(diào)配。

GPU是什么？

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圖形處理器（Graphics Processing Unit，縮寫：GPU），又稱顯示核心、視覺處理器、顯示芯片，是一種專門在個(gè)人電腦、工作站、游戲機(jī)和一些移動(dòng)設(shè)備（如平板電腦、 智能手機(jī)等）上做圖像和圖形相關(guān)運(yùn)算工作的微處理器。

GPU使顯卡減少了對(duì)CPU的依賴，? 并進(jìn)行部分原本CPU的工作，尤其是在3D圖形處理時(shí)GPU所采用的核心技術(shù)。

應(yīng)用方面

GPU應(yīng)用之一：追求極致的娛樂與性能平衡

全球游戲市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，帶動(dòng)PC出貨量上升。在多種PC當(dāng)中，游戲本受到的關(guān)注 最多。游戲本的出貨的上升在較大的程度上是由于支持光追技術(shù)的游戲本增加。但是 高性能的GPU相對(duì)笨重且功耗大，未來筆記本會(huì)向輕薄化與強(qiáng)性能方向發(fā)展。

GPU應(yīng)用之二：人工智能與深度學(xué)習(xí)

人工智能已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的助推器。人工智能起始于深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)分為 “訓(xùn)練” 與“推理”兩個(gè)過程。在“訓(xùn)練”階段，GPU由于其多核特性，適用于并行 計(jì)算；在“推理”階段，由于目前FPGA與ASIC的技術(shù)尚未成熟，GPU仍是主要芯片之一。

GPU應(yīng)用之三：自動(dòng)駕駛

自動(dòng)駕駛技術(shù)已經(jīng)成為整個(gè) 汽車產(chǎn)業(yè)的最新發(fā)展方向，市場(chǎng)空間廣闊。目前，全球 多個(gè)GPU公司已經(jīng)在自動(dòng)駕駛方面布局。GPU由于其并行計(jì)算的優(yōu)勢(shì)能較好地處理圖像與 媒體信息。目前GPU是自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的主流方案。

什么是DPU？

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DPU是 Data Processing Unit的簡(jiǎn)稱，它是最新發(fā)展起來的專用處理器的一個(gè)大類，是繼CPU，? GPU之后，數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景中的第三顆重要的算力芯片，為高帶寬、低延遲、數(shù)據(jù)密集的計(jì)算場(chǎng)景提 供計(jì)算引擎。

第一階段，“史前”階段。

在CPU之前的年代，CPU的處理速度和IO的輸入輸出速度基本匹配，因此也談不上以誰為中心。IO部分負(fù) 責(zé)數(shù)據(jù)的輸入和輸出，核心的計(jì)算模塊負(fù)責(zé)具體的計(jì)算。

第二階段，CPU迅猛發(fā)展階段。

CPU發(fā)明后，通過標(biāo)準(zhǔn)的指令集，解耦了軟件和硬件。CPU開始性能狂飆，而內(nèi)存和外存的性能提升 卻非常有限。這時(shí)候，我們不得不設(shè)計(jì)非常多層級(jí)的存儲(chǔ)hhierarchy來彌補(bǔ)IO（內(nèi)存也可以當(dāng)做CPU的數(shù)據(jù)IO）和CPU之間巨大的性 能差距。這樣，以CPU的計(jì)算為中心成為了整個(gè)計(jì)算機(jī)最核心的架構(gòu)。

第三階段，CPU瓶頸+數(shù)據(jù)爆炸階段。

再進(jìn)一步的，時(shí)間來到了大數(shù)據(jù)時(shí)代。網(wǎng) 絡(luò)帶寬升級(jí)到百Gbps以上，存儲(chǔ)更換成更高IOPS的NVMe SSD?？深A(yù)見的未來，網(wǎng) 絡(luò)和存儲(chǔ)的帶寬還會(huì)持續(xù)的增加，暫時(shí)看不到停頓的跡象。而與此同時(shí)，CPU的 性能卻陷入了停滯。這樣，以CPU計(jì)算為中心的架構(gòu)越來越無法滿足計(jì)算性能的 要求，計(jì)算機(jī)架構(gòu)未來會(huì)逐漸演化成以數(shù)據(jù)為中心的架構(gòu)。

還有哪些數(shù)字芯片？數(shù)字設(shè)計(jì)工程師怎么做？

SoC是系統(tǒng)級(jí)集成， 將構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)的軟/硬件集成在一個(gè)單一的IC芯片里。它一般包含片上總線、MPU ?核、SDRAM/DRAM、FLASH ROM、DSP、A/D、D/A、RTOS內(nèi)核、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用程序等模塊，同時(shí)，? 它也具有外部接口， 如外部總線接口和I/O端口。通常，SoC中包含的一些模塊是經(jīng)過預(yù)先設(shè)計(jì)的系統(tǒng)宏單元 部件稱為IP模塊， 這些模塊都是可配置的。

編輯：黃飛

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