NVIDIA：GPU将开创计算新纪元 - 单片机/处理器 - 电子工程师

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作者：NVIDIA公司中国区市场总监 魏鸣

美国著名计算机科学家、田纳西州大学计算机创新实验室主任Jack Dongarra博士曾经说过，将来的计算架构会是CPU和GPU(图形处理器)的结合。今天，这一预言正在变为现实，2009年是GPU计算发展的转折点，今后不论是视频应用还是网络应用的开发商，都会开始意识到GPU的重要性，并且利用GPU的计算优势去开发新的应用，“CPU+GPU”的异构计算会成为以后的主流趋势。

现在很多人在市场上买电脑时都会说：我要独立显示芯片。因为之前大家主要是使用PC完成一些简单的应用，而现在有更多CPU满足不了的需求，需要更强大的GPU功能。比如现在人们对网络上视频、照片的需求越来越大，Facebook目前在中国还没有被允许开展业务，但在国外每个月上传的照片达8亿张;每天有1.7 亿个视频在优酷网站上被播放;三分之一的美国人玩网络游戏照片、视频、游戏是人们生活中越来越不可或缺的一部分，而视频应用、照片处理等对GPU的要求最高，因为它需要同时处理大量数据。一台好的笔记本电脑必须配置一个独立的显卡，才能把这些事做得更快更好。

不夸张地说，视频时代已经到来，GPU计算会越来越成熟，越来越多基于GPU开发出来的新应用将引爆“计算临爆点”：GPU不仅是未来计算的趋势，而且是颠覆性的趋势。

为什么网络视频时代的到来意味着GPU的新纪元呢?我们知道，中央处理器(CPU)的设计宗旨是要从指令流中得到最高的处理效能，即用最短的时间完成一项任务，这就是串行计算;但串行计算架构的CPU天生就不适合并行计算工作，相比之下，始于图形处理的GPU一开始就是被设计来处理大规模的并行计算，数千万的多边形和像素的并行处理，使得GPU在发展的同时不断地加入更多的处理核心并完善并行处理能力，可以同时处理海量数据。如Jack Dongarra所说，最好的计算架构是CPU+GPU协同运算架构。在“CPU+GPU=计算”这个等式中，CPU目前有4个核，GPU这个核将会变得很重要，主要是因为GPU在照片和视频领域的独特优势。现在国内很多很火的游戏都是基于GPU计算开发的，而诸如地质勘探、生物科学、流体力学、金融建模、医疗成像等新兴应用领域，也都开始利用GPU强大的并行处理能力。

由于我们的个人电脑大多基于英特尔X86架构，所以必须由CPU来调度。GPU跟CPU分工不同，有的程序可能在CPU上跑比在GPU上快，但是有的程序在GPU上跑比CPU会快几十倍甚至几百倍，比如整数运算CPU做得非常快，但是浮点运算GPU比CPU快得多，所以把浮点运算放在GPU上进行，整数运算放在CPU上，是最有效率的解决方案。这种“异构计算”真正实现了系统整体计算能力的最大化利用：GPU和CPU协同工作，GPU处理大量的图形和并行处理，CPU处理操作系统和指令的逻辑控制，两者的协同比以往单纯CPU运算高出几十倍甚至几百倍。

因此，现在世界上最主流的两种操作系统，即微软和苹果的OS都已经内置了GPU计算。微软最新发布的Windows 7第一次内置GPU计算，获得了明显的效能提升：第一是更快，大家最关心操作系统的速度问题，Win 7内置的GPU可以调动CPU的计算功能，所以它的处理速度很快;第二是整合了GPU的新功能，使Win 7无需第三方软件就可以实现多种媒体功能;第三是“真”，用户玩游戏时可以享受到三维立体效果，这些应用都是因为调动了GPU计算的加速功能才得以实现。而苹果最新的Mac OS X10.6 Snow Leopard(雪豹)操作系统，也通过OpenCL(Open Computing Language)支持GPU通用计算加速。OpenCL是由苹果公司发起，业界众多著名厂商共同制作的，面向异构系统通用目的并行编程的开放式、免费标准，也是一个统一的编程环境，能够让操作系统更好地利用GPU的性能。

未来的计算模式是什么?CPU和GPU将会合二为一还是分开?现在还很难说。但在今天，协同计算是大方向，根据不同的应用选择合适的处理器，使用户的投资回报和运算速度更优化。