從CPU架構(gòu)和技術(shù)的演變看GPU未來發(fā)展

    首先我們來重拾一個幾乎快要被遺忘的名詞——協(xié)處理器，它是一種芯片，用于減輕系統(tǒng)微處理器的特定處理任務(wù)，早些年協(xié)處理器主要是用以輔助進(jìn)行浮點運算。

★ 最初的CPU只能進(jìn)行整點運算，浮點運算效率極低

    CPU最基本的運算就是“加減乘除”，但實際上計算機(jī)只能用加法器來完成整數(shù)以及固定小數(shù)點位置（整點）的算術(shù)運算，而不能處理小數(shù)點可以浮動的數(shù)值（浮點）。對于小數(shù)多采用的是二進(jìn)制的科學(xué)計數(shù)法、也就是浮點數(shù)表示法：尾數(shù)、階數(shù)符號位各占一位，然后再對其余數(shù)位尾數(shù)、階數(shù)的有效數(shù)位合理分配。

    在CPU運算時，浮點數(shù)的運算量遠(yuǎn)比整數(shù)復(fù)雜，因為不僅尾數(shù)要參與運算，階數(shù)也要參與，并且需要對尾數(shù)和階數(shù)的符號位都進(jìn)行處理，所以，最早的CPU并沒有能力進(jìn)行浮點運算（8088/8086，80286，80386SX），需要浮點運算時，由CPU通過軟件模擬來實現(xiàn)，所以，進(jìn)行浮點運算時就會慢很多。

★ 協(xié)處理器誕生，專門處理浮點運算

8086處理器和它的協(xié)處理器8087

    8086是當(dāng)今CPU的鼻祖，所謂X86架構(gòu)也就是指8086處理器所開創(chuàng)的指令集體系。為了彌補(bǔ)8086在進(jìn)行浮點運算時的不足，Intel與1980年設(shè)計了8087數(shù)學(xué)協(xié)處理器，并且為X86體系推出了第一個浮點格式IEE754。8087提供兩個基本的32/64bit浮點資料形態(tài)和額外的擴(kuò)展80bit內(nèi)部支援來改進(jìn)復(fù)雜運算之精度。除此之外，8087還提供一個80/17bit封裝BCD (二進(jìn)制編碼之十進(jìn)制）格式以及16/32/64bit整數(shù)資料形態(tài)。

386處理器和它的協(xié)處理器387

    X87協(xié)處理器新增約60個指令給程序員，所有的指令都是以“F”開頭跟其他的標(biāo)準(zhǔn)8086整數(shù)運算指令有所區(qū)別，舉例來說，相對于ADD/MUL，8087提供FADD/FMUL。

    8087是于1980年發(fā)布，然后被80287、80387DX/SX和487SX所取代。

★ 協(xié)處理器被整合進(jìn)入CPU內(nèi)部

    以往，協(xié)處理器都是可選配件，在主板上X86處理器旁邊一般都會為X87設(shè)計一個空的插槽，只有當(dāng)用戶確實有需要時才會專門購買相應(yīng)的X87協(xié)處理器插進(jìn)去，來加速浮點運算。

486DX是第一顆整合了浮點運算協(xié)處理器的產(chǎn)品，相當(dāng)于486SX+487SX

    隨著時代的發(fā)展，越來越多的程序要求使用更高精度的浮點運算，X87協(xié)處理器幾乎成為必備品。于是在制造工藝日趨成熟之后，Intel在486一代將X86和X87整合在了一起，浮點運算成為了CPU的一項基本功能，而且重要性越來越大。

    Intel 486DX、Pentium之后的CPU都內(nèi)含了協(xié)處理器，AMD K5、K6之后的CPU都內(nèi)建了協(xié)處理器，所以此后就很少有人會提及協(xié)處理器的概念了。