GPU挑戰(zhàn)CPU地位!詳解CUDA+OpenCL威力

    可能很多朋友還心存疑惑：目前CPU的性能已經(jīng)很強(qiáng)大了，為什么還要花很大的代價(jià)讓GPU進(jìn)行輔助運(yùn)算呢？這個(gè)問(wèn)題可以從兩個(gè)角度來(lái)回答：一般我們認(rèn)為CPU在浮點(diǎn)運(yùn)算/并行計(jì)算方面的性能遠(yuǎn)不如GPU強(qiáng)大，所以將GPU的實(shí)力釋放出來(lái)可以將電腦獲得新的飛躍；如果從更深層面考慮的話，目前CPU的發(fā)展已經(jīng)遇到了瓶頸，無(wú)論核心架構(gòu)的效率還是核心數(shù)量都很難獲得大幅提升，而GPU則是新的突破點(diǎn)，它的潛力幾乎是無(wú)限的！

● CPU核心效率提升舉步維艱

    就拿目前Intel最強(qiáng)的Core i7處理器來(lái)說(shuō)，架構(gòu)方面相比上代Core 2 Quad發(fā)生了天翻地覆的變化：膠水四核變成了原生四核、引入三級(jí)緩存、高速Q(mào)PI總線、三通道DDR3內(nèi)存控制器、超線程技術(shù)、諸多內(nèi)核及指令集優(yōu)化等等……，所有這些技術(shù)共同作用的結(jié)果就是——同頻率下i7 965的綜合性能僅比上代QX9770提升了10-20%，這說(shuō)明了什么呢？說(shuō)明Intel的處理器架構(gòu)已經(jīng)非常優(yōu)秀了，以至于在此基礎(chǔ)上很難再有Pentium D到Core 2 Duo那種飛躍式提升。

Core i7的性能表現(xiàn)沒有帶來(lái)驚喜

    AMD方面的情況也大致如此，Phenom II相比Phenom的提升主要來(lái)自于45nm工藝帶來(lái)的高頻率，核心架構(gòu)優(yōu)化的貢獻(xiàn)僅有不到5%。目前兩大處理器巨頭單核心效能都已接近極限，只能依靠新工藝帶來(lái)的大緩存、高頻率，而獲得微弱的性能提升。

● CPU核心數(shù)量不能盲目增加

    既然單核效率已經(jīng)很難取得突破，于是處理器巨頭近年來(lái)都將發(fā)展方向轉(zhuǎn)為多核心產(chǎn)品，雙核四核六核八核相繼誕生。但美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室日前的一項(xiàng)模擬測(cè)試卻讓人大跌眼鏡：由于存儲(chǔ)機(jī)制和內(nèi)存帶寬的限制，16核、32核甚至64核處理器對(duì)于超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，不僅不能帶來(lái)性能提升，甚至可能導(dǎo)致效率的大幅度下降。

    根據(jù)他們的模擬，8核心之后再往處理器內(nèi)塞入更多的核心，并不能帶來(lái)性能提升，在數(shù)據(jù)處理應(yīng)用中反而會(huì)出現(xiàn)性能下滑。“16核的表現(xiàn)就和雙核差不多”。他們近一年來(lái)和業(yè)內(nèi)處理器廠商、超級(jí)計(jì)算機(jī)廠商以及超級(jí)計(jì)算機(jī)用戶進(jìn)行了大量討論。得出的結(jié)論是，如果不對(duì)計(jì)算機(jī)架構(gòu)作出修改，未來(lái)當(dāng)出現(xiàn)16核32核處理器時(shí)，為超級(jí)計(jì)算機(jī)編程的程序員或許只好屏蔽部分核心，或是將這些處理器用于非重點(diǎn)運(yùn)算應(yīng)用。

● Intel的"80核CPU"其實(shí)是顆GPU

    當(dāng)然業(yè)界領(lǐng)袖Intel也意識(shí)到了多核CPU發(fā)展之路遇到了瓶頸，因此在準(zhǔn)備傳統(tǒng)六核/八核處理器的同時(shí)，也在緊鑼密鼓的研制另一種群核處理器——GPU以及類似于GPU架構(gòu)的混合處理器。

擁有無(wú)數(shù)顆“核心”的Larrabee圖形處理器

    就拿Intel代號(hào)為“Larrabee”的GPU來(lái)說(shuō)，它是對(duì)IA-32(x86)新指令集的一種擴(kuò)展，其內(nèi)部是由N顆Pentium處理器核心加上一個(gè)16路的向量處理器組合而成的。Larrabee最初的目標(biāo)是獨(dú)立顯示處理領(lǐng)域，與CPU組合使用。可是Larrabee與GPU相比又有所不同，所謂的Larrabee是能夠支持某種程度scalar運(yùn)算的支持單體OS的CPU。

80核心處理器結(jié)構(gòu)示意圖

    此外，Intel還公布了另一款研發(fā)中的80核心處理器實(shí)物和架構(gòu)，事實(shí)上這是一顆徹頭徹尾的并行計(jì)算處理器，每顆核心都包括了兩個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算單元，怎么看都像是一顆GPU的架構(gòu)。從這個(gè)意義來(lái)看，Larrabee與80核CPU是Intel將來(lái)CPU產(chǎn)品的一面鏡子。現(xiàn)有的Core 2和Core i7處理器將來(lái)會(huì)如何向PC&服務(wù)器通用處理器進(jìn)化呢？從這些變種處理器身上我們也可以看到2010年以后Intel的發(fā)展方向。

    或許我們可以這樣認(rèn)為，未來(lái)CPU與GPU之間的界限會(huì)非常模糊，多核CPU的架構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)向現(xiàn)有GPU的模式靠攏，而GPU也不會(huì)滿足于僅處理一些無(wú)聊的3D渲染任務(wù)，在特定API及開發(fā)平臺(tái)的支持下，GPU將會(huì)取代CPU處理繁重的并行計(jì)算任務(wù)。