【圖說】CPU、GPU與高性能計(jì)算
【圖說】CPU、GPU與高性能計(jì)算
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圖形處理單元（GPU）已經(jīng)超越了其最初渲染視頻游戲圖形的角色，現(xiàn)在被用于各種高性能計(jì)算應(yīng)用程序（HPC），包括人工智能訓(xùn)練和浮游動(dòng)物分類等多種應(yīng)用場景。
CPU 或中央處理單元和 GPU 通常有三個(gè)主要元素：
——執(zhí)行計(jì)算和執(zhí)行運(yùn)算的計(jì)算元件——技術(shù)上是ALU或算術(shù)邏輯單元；
——控制元件，其協(xié)調(diào)上述操作；
——各種級(jí)別的存儲(chǔ)器，包括動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM），一種用于計(jì)算機(jī)主存儲(chǔ)器的RAM或短期存儲(chǔ)器，以及高速緩存。
CPU或中央處理單元通常有一個(gè)或多個(gè)功能強(qiáng)大的核心，由獨(dú)立的計(jì)算、控制和緩存元素組成。而GPU有許多功能較弱的內(nèi)核，每個(gè)內(nèi)核都有多個(gè)ALU，這些ALU共享公共緩存和控制元素。
內(nèi)核的數(shù)量很重要，尤其是在圖像處理方面。為了在屏幕上顯示圖像，計(jì)算機(jī)必須讀取、處理和顯示每個(gè)像素的數(shù)據(jù)，而在現(xiàn)代高清顯示器上，這些數(shù)據(jù)實(shí)際上可以相加。例如，1920乘1080像素的顯示器具有2073600像素。與CPU一次只能執(zhí)行一個(gè)操作不同，GPU可以并行處理這樣的多個(gè)操作，這要?dú)w功于其多核架構(gòu)，計(jì)算機(jī)科學(xué)家稱這種數(shù)據(jù)處理方法為單指令多數(shù)據(jù)（SIMD）。
事實(shí)證明，GPU可以做的不僅僅是渲染圖形。研究人員現(xiàn)在正在使用GPU對(duì)蛋白質(zhì)折疊和基因組序列進(jìn)行建模，而加密貨幣礦工則依靠它們來驗(yàn)證交易。GPU在人工智能領(lǐng)域也發(fā)揮著關(guān)鍵作用，訓(xùn)練數(shù)據(jù)集只會(huì)越來越大。GPU也與世界上唯一的exa級(jí)計(jì)算機(jī)Frontier中的CPU并行工作，該計(jì)算機(jī)使用8699904 GPU和CPU內(nèi)核組合，實(shí)現(xiàn)了每秒1.194 exaflops的驚人速度。
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