GPU与CPU的十年暗战 融合真的是终点？

【PConline 资讯】GPU是图形处理器，CPU是中央处理器；一个负责图形图像，一个负责核心数据；一个是配角，一个是主角。估计有读者会说，作者你疯了啊，两者风马牛不相及，凭什么进行暗战呢？这不是关公战秦琼吗？其实不然，看似不搭界的两者之间，实则蕴含着无比巨大的蓝海。

●NVIDIA：“总有一天，GPU将超越CPU”

　　2002年，在接受《连线》杂志采访时，NVIDIA副总裁Mike Hara说：“在以后10年，我们会成长得比Intel还要大。”这话惹恼了当时的合作伙伴Intel，两家公司的关系陷入僵化，以至于在相当长一段时间内，NVIDIA主板只能支持AMD公司的芯片。大约3年之后，两家公司才重归于好。

　　现在可以来解释一下Intel被惹恼的原因。如今超级计算机已经被运用到越来越广泛的领域，如卫星遥感数据处理、气象预报、海洋环境数值模拟、金融工程数据分析等，而浮点运算能力一直是判断这种计算机性能的标准。

　　浮点运算是一种“并行”运算，这对于擅长“串行”运算的CPU来说实现难度很大，从设计之初，CPU就要求需要尽可能快速、有先后顺序地处理任务，所以主要通过提高主频或者改进架构实现，但是每一代大概只能提升20%至30%，也就是说，除非有重大的技术革命，CPU很难做到真正的升级换代。

　　这时，GPU对于并行运算能力的先天优势开始受到了关注。GPU作为图形处理器，需要在屏幕上合成数百万个像素以形成图像，所以天然具备了“群核”的设计理念，也就是说GPU天生就是一个“多核”处理器，具备“并行”运算的能力。

　　因此将并行运算能力更为强大的GPU释放出来，与CPU相结合进行运算，开始成为超级计算机领域一个新的解决方案。更何况GPU的架构虽然简单，如果在超级计算机中增加一块GPU，耗能与CPU不相上下，计算能力却可以提高10倍之多。英伟达从自己擅长的领域中最先发现了这样的机会和可能。

　　也难怪Intel会如此紧张。这个原来只是用在显卡里的部件，现在开始抢夺CPU的地位，除了进行自己图形处理的分内之事外，GPU还可以涉足那些运算领域里原本是CPU应该完成的工作。

●争锋相对，Intel与NVIDIA大腕互掐

　　2009年，NVIDIA开始进入超级计算机市场，它们代号为“Fermi”的GPU被用于美国的一项超级计算机计划。借由这一技术的协助，在未来10年内可以“创造一个能提供亿亿次运算的运算平台”。同时，NVIDIA还与微软达成了合作，使用Windows的服务器版本操作系统在高性能并行计算领域推广自己的产品。

　　随后2年，Intel与NVIDIA开始了持续不断的口水仗。NVIDIA对多核CPU的运算能力过度问题提出了质疑，认为“大量工作其实并不需要那么强大的CPU”。INTEL很快也发动了反击。它们不仅指责NVIDIA的驱动程序是导致电脑蓝屏的主要原因，更扬言显卡产业已经走到尽头，未来的CPU将具备图形处理能力。

　　为了解决软件和驱动的支持问题，NVIDIA推出了名为CUDA的架构，在GPU中开始包含可以进行并行计算的硬件，并提供了专用驱动等。NVIDIA希望GPU强大的平行数据并行处理能力，有朝一日能够在影响力上超越CPU，更广泛地应用于科学计算和超级计算机。

　　Intel当然不会坐视这种情况的发生。它的解决办法是在处理器中添加图形处理单元，也就是将GPU集成到CPU之中，让CPU也接管系统的视觉和图形计算任务

　　而NVIDIA的目标更为长远，2011年，NVIDIA创始人黄仁勋正式宣布“丹佛计划”，将于ARM达成联盟，基于底层技术达成共享。言下之意，未来包括高性能计算和Tegra移动平台领域，NVIDIA将拥有具备“自主知识产权”且真正意义上的CPU产品，Intel开始面临着前所未有的挑战。

●第三势力 AMD主推“异构运算”

　　事实上，在NVIDIA与Intel两巨头的夹缝中，AMD玩了一把任何人都没能想到的牌局——收购了ATi，成为全球唯一拥有CPU和GPU研发、生产能力厂商，硬是把CPU和GPU合二为一，搞出了独一无二的APU。

　　当初AMD收购ATi之后提出了“融聚”概念，目的就是为了实现CPU与GPU之间的协同工作，利用GPU来大幅度增强CPU运算能力，也就是“异构运算”，这也是一次大胆的尝试，把目光伸及未知的应用领域，需要承担很大的风险。

　　AMD聪明之处就是不纠结未来GPU与CPU谁会去当一把手，而是把两者合在一起。用“融聚”这一理念锻造出了APU，按照AMD的设想，APU的提出只不过是初级阶段，“推土机”、“打桩机”等架构也是模块化设计的试水动作——在技术与应用环境成熟之后，“异构运算”才是未来的主要方向。

　　事实上，这是一条漫长的布满荆棘的艰辛道路，无论从硬件层面还是软件层面上，现在谈“异构运算”都太过超前，至少在主流市场离真正普及还有一大段距离。所幸的是，良好的生态圈正在形成——Win8对异构运算的完善支持为其带来了生存的土壤；WinZIP、Adobe等软件也逐渐加入对异构运算的支持。

　　总结：NVIDIA不断提升GPU强大的平行数据并行处理能力，同时正式进军ARM领域；Intel则在多核处理器中添加图形处理单元，开始重视图形市场；AMD则另辟蹊径，推出了APU。显然，未来的芯片大战将因无门槛、无隔阂而变得更激烈，当然最终也会使消费者受益，芯片之战也由此进入了全新境界，在GPU与CPU的十年战争中，“融合”究竟是终点还是新的起点，让我们来共同见证吧！