各种pu浅谈
作者:互联网
CPU
CPU是大家听到得最多的。
CPU英文全称是Central Processing Unit,中文全称是中央处理器,是计算机的核心器件,CPU通常由三个部分组成:计算单元、控制单元和存储单元。
架构图如下:
是不是看不懂?看不懂就对了,下面这张图才是帮助你理解的:
GPU
GPU全称是Graphics Processing Unit,中文全称叫图形处理器,它也是由三个部分组成:计算单元、控制单元和存储单元。
我们继续沿用上面CPU架构图用来表示各个单元的颜色来表示下GPU架构(黄色用来表示控制单元,绿色用来表示计算单元,橙色用来表示存储单元),如下:
这妥妥是个CPU变种啊!
我们把CPU和GPU的架构图放在一起比较下,看看有啥区别:
CPU这边起码30%都是用在了控制单元,各个单元占比还算均衡,而GPU就夸张了,80%以上都用在了计算单元,偏科有点严重啊。
正是由于这种区别,导致CPU精于控制和复杂运算,而GPU精于简单且重复的运算。
另外CPU和GPU还有一个最大的区别:CPU是顺序执行运算,而GPU是可以大量并发的执行运算,通俗的说就是CPU做事情是一件一件来做,而GPU是很多件事情同时做。
但很多件事情同时做,一定是简单的事情,就像一个人一样,我们没法同时做两件复杂的事情。
借用知乎上某大神的说法,就像你有个工作需要计算几亿次一百以内加减乘除一样,最好的办法就是雇上几十个小学生一起算,一人算一部分,反正这些计算也没什么技术含量,纯粹体力活而已;而CPU就像老教授,积分微分都会算,就是工资高,一个老教授资顶二十个小学生,你要是富士康你雇哪个?
GPU就是用很多简单的计算单元去完成大量的计算任务,纯粹的人海战术。这种策略基于一个前提,就是小学生A和小学生B的工作没有什么依赖性,是互相独立的。
但有一点需要强调,虽然GPU是为了图像处理而生的,但是我们通过前面的介绍可以发现,它在结构上并没有专门为图像服务的部件,只是对CPU的结构进行了优化与调整,所以现在GPU不仅可以在图像处理领域大显身手,它还被用来科学计算、密码破解、数值分析,海量数据处理(排序,Map-Reduce等),金融分析等需要大规模并行计算的领域。
上面我们提到的CPU和GPU都是通用芯片。
但古语有云:工欲善其事必先利其器。
一块石头,是通用的,但如果我专门打磨打磨,让它变成锋利的,是不是就可以用来切割东西了呢?
有了这个概念后,对于TPU,NPU等等众多的PU们,你把它们当成都是专门打磨过的石头,就很好理解了。
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TPU
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自从谷歌的AlphaGo打败李世石之后,谷歌在人工智能界的知名度也越来越大了,于是谷歌推出了它们的深度学习框架TensorFlow,这个深度学习框架也就此扬名世界。
有了好的算法框架,就得要有硬件来支持啊,传统的GPU行吗?
当然行,可是它毕竟是块通用的石头,要是打磨打磨就好了。
于是针对谷歌的深度学习框架TensorFlow专门定制的芯片诞生了,英文全称就叫Tensor Processing Unit,翻译为中文就是张量处理单元,它到底有多牛呢?比较下你就知道了:
TPU与同期的CPU和GPU相比,可以提供15-30倍的性能提升,以及30-80倍的效率(性能/瓦特)提升。
吼吼,这可不是一丁点的效率提升,是大大的提升。
NPU
NPU英文全称是Neural network Processing Unit, 中文叫神经网络处理器。
神经网络是个啥?
神经网络就是你大脑里面的神经元连接成的网络,错综复杂,据说越复杂越聪明,当然太复杂了,就成神经病了。
而这个NPU,即神经网络处理器,就是要模仿人的大脑神经网络,使之具备智能。
怎么模仿呢?
NPU工作原理是在电路层模拟人类神经元和突触,并且用深度学习指令集直接处理大规模的神经元和突触,一条指令完成一组神经元的处理。相比于CPU和GPU,NPU通过突触权重实现存储和计算一体化,从而提高运行效率。
其他PU们
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