浅谈CPU、GPU、DPU介绍

什么是CPU？

CPU是英文Central Processing Unit的缩写，一般是指中央处理器，它是一块超 大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心和控制核心。它的功能主要是解释计算 机指令以及处理计算机软件中的数据。

CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线 构成。CPU的能力高低直接影响了整个电脑的运行速度。

目前CPU主要有两种指令集架构：

复杂指令集架构CISC（Complex Instruction Set Computer）：X86

精简指令集架构RISC（Reduced Instruction Set Computer）：ARM、MIPS和RISC-V

为了使计算机的性能更快更稳定，人们对计算机指令系统的构造迕行了调整。最初，  通过设置一些功能复杂的指令，把原来软件的常用功能改用硬件的指令系统实现，以 提高执行速度，即CISC。另一种方法是尽量简化计算机指令功能，只保留那些功能简 单的指令，而把较复杂的功能用一段子程序来实现，即RISC。

CISC和RISC是设计制造微处理器的两种典型技术，虽然都是在诸多因素中寻求平衡，以达到高效的目的，但采取的方法不同导致二者在很多方面差异巨大。

国内x86主要产品

海光：2016年，AMD宣布天津海光达成了协议，将x86技术授权给海光公司，获得授权费，双方成立合资公司。

兆芯：通过威盛(VIA)获 得x86架构的授权。在x86架构下，兆芯做了很多新的工作，拥有了自主的知识产权。

国内ARM主要产品

华为海思：目前我国技术 最 强 的芯片设计公司，华为买了ARM 指令 集架构授权，研发自有的处理器核， 主攻手机、服务器市场。

展讯：2016年芯片出货量达到67000万套，次年6月宣布成功研发自主的ARM架构处理器，宣称在SC98504 核芯片同样大的面积上实现了6核的设计，功耗和性能可按需调配。

GPU是什么？

 

图形处理器（Graphics Processing Unit，缩写：GPU），又称显示核心、视觉处理器、显示芯片，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、 智能手机等）上做图像和图形相关运算工作的微处理器。

GPU使显卡减少了对CPU的依赖，  并进行部分原本CPU的工作，尤其是在3D图形处理时GPU所采用的核心技术。

应用方面

GPU应用之一：追求极致的娱乐与性能平衡

全球游戏市场蓬勃发展，带动PC出货量上升。在多种PC当中，游戏本受到的关注 最多。游戏本的出货的上升在较大的程度上是由于支持光追技术的游戏本增加。但是 高性能的GPU相对笨重且功耗大，未来笔记本会向轻薄化与强性能方向发展。

GPU应用之二：人工智能与深度学习

人工智能已经成为经济发展的助推器。人工智能起始于深度学习。深度学习分为 “训练” 与“推理”两个过程。在“训练”阶段，GPU由于其多核特性，适用于并行 计算；在“推理”阶段，由于目前FPGA与ASIC的技术尚未成熟，GPU仍是主要芯片之一。

GPU应用之三：自动驾驶

自动驾驶技术已经成为整个 汽车产业的最新发展方向，市场空间广阔。目前，全球 多个GPU公司已经在自动驾驶方面布局。GPU由于其并行计算的优势能较好地处理图像与 媒体信息。目前GPU是自动驾驶领域的主流方案。

什么是DPU？

 

DPU是 Data Processing Unit的简称，它是最新发展起来的专用处理器的一个大类，是继CPU，  GPU之后，数据中心场景中的第三颗重要的算力芯片，为高带宽、低延迟、数据密集的计算场景提 供计算引擎。

第一阶段，“史前”阶段。

在CPU之前的年代，CPU的处理速度和IO的输入输出速度基本匹配，因此也谈不上以谁为中心。IO部分负 责数据的输入和输出，核心的计算模块负责具体的计算。

第二阶段，CPU迅猛发展阶段。

CPU发明后，通过标准的指令集，解耦了软件和硬件。CPU开始性能狂飙，而内存和外存的性能提升 却非常有限。这时候，我们不得不设计非常多层级的存储hhierarchy来弥补IO（内存也可以当做CPU的数据IO）和CPU之间巨大的性 能差距。这样，以CPU的计算为中心成为了整个计算机最核心的架构。

第三阶段，CPU瓶颈+数据爆炸阶段。

再进一步的，时间来到了大数据时代。网 络带宽升级到百Gbps以上，存储更换成更高IOPS的NVMe SSD。可预见的未来，网 络和存储的带宽还会持续的增加，暂时看不到停顿的迹象。而与此同时，CPU的 性能却陷入了停滞。这样，以CPU计算为中心的架构越来越无法满足计算性能的 要求，计算机架构未来会逐渐演化成以数据为中心的架构。

还有哪些数字芯片？数字设计工程师怎么做？

SoC是系统级集成， 将构成一个系统的软/硬件集成在一个单一的IC芯片里。它一般包含片上总线、MPU  核、SDRAM/DRAM、FLASH ROM、DSP、A/D、D/A、RTOS内核、网络协议栈、嵌入式实时应用程序等模块，同时，  它也具有外部接口， 如外部总线接口和I/O端口。通常，SoC中包含的一些模块是经过预先设计的系统宏单元 部件称为IP模块， 这些模块都是可配置的。

编辑：黄飞