骂河北人的小伙是谁:浅谈CPU强于GPU的八大理由

来源：百度文库 编辑：九乡新闻网 时间：2024/05/02 07:36:20

浅谈CPU强于GPU的八大理由

[复制本帖链接] 小石 发表于 2008-12-30 08:53:34 [此帖被浏览 2855 次,回复 18 次] NVIDIA一直大力推广的“CPU无用论”“显卡更重要”观点似乎占据上风，他们建议用户装机时，要将显卡的性能放在首位，CPU对于目前的电脑来说已 经毫不重要，搭配好的显卡，才能够获得更好的提高整体性能。面对了犹如过江之鲫般的游戏大作，GPU展现出了咄咄逼人的气势，并且也逐渐被广大用户认可。 计算机产业的发展其实也能多多少少看到这一规律，CPU和GPU的重要性之争，只是厂商的市场宣传，就电脑系统而言，CPU的重要性早就有定论，CPU是 名副其实的电脑之“脑”，说GPU比CPU重要，在某种意义上误导了消费者。而作为消费者，我们还是要从自己的需求角度出发，重要的是看自己要的是什么， 因为合适自己的才是最好的。

CPU与GPU口水战两大始甬者
    的 确，随着GPU越来越强大、已经开始超越并取代一些CPU的工作还经常有让CPU难堪的时候，CPU与GPU孰强孰弱的理念，也开始蔓延在我们周围，特别 是NVIDIA的CUDA诞生之后，让我们开始对GPU多元化产生了浓厚的兴趣，图形技术的发展让GPU具备越来越强大计算力的同时，也变得更加灵活，我 们可以看到，DirectX 10 GPU已经能够完全承担3D渲染与几何处理任务，就连CPU的绝技——物理加速和视频编码，也被GPU收入囊中并执行 效率更高，如此一来，CPU仅需负责程序指令的分派，实际运算任务均由GPU来完成。而程序指令分派的任务非常简单，采用低端一些的处理器也不会对性能带 来多大的负面影响，根据这些事实，我们似乎以为在运算为主的计算平台中，GPU已经处于了核心地位，曾经不可取代的CPU角色也没有人们想象得那么重要 了，难道CPU真的只能充当配角了么？

    通 过以往专业的测试可以看到GPU在很多数据计算能力上超过了CPU，例如：浮点运算能力，GeForce 8800GT 是 Intel Core2 Due Woodcrest 的21.6倍；DES算法，GPU是CPU的11.4倍；MD5破解实验，GPU是CPU的 13.1倍；字符串匹配实验，GPU是CPU的10倍。面对这些华丽的数据我们不得不承认在计算方面，GPU的性能远远超过了CPU，但并不是一定就比 CPU强大，强大到可以成为PC中主导力量，事有两面性，剑有两面刃，利弊共存才是事物发展的本质，今天这篇文章就是以另一角度去揭示出在哪些方面CPU 是远远强于GPU的   [回复] [引用] [本帖链接] [只看该作者] 分享到：新浪微博 QQ空间 腾讯微博 更多


小石

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板凳 小石 发表于 2008-12-30 08:54:57

1、C P U强于G P U：核心频率

    纵 观目前的情况来看，GPU执行每个数值计算的速度并没有比CPU快，从目前主流CPU和GPU的主频就可以看出了，CPU的主频都超过了 1GHz，2GHz，甚至3GHz，而GPU的主频最高还不到1GHz，主流的也就500~700MHz。要知道1GHz = 1000MHz。所以 GPU在执行少量线程的数值计算时并不能超过CPU。

目前最高级别的显卡HD4870X2 核心频率不过才750MHz

目前最高级别的处理器QX9770 主频高达3200MHz
    抛 开彼此间的性能和架构不谈，光看CPU与GPU的主频就可以看出，CPU高出GPU不止一点点这么简单，目前GPU数值计算的优势主要是浮点运算，它执行 浮点运算快是靠大量并行，但是这种数值运算的并行性在面对程序的逻辑执行时毫无用处，因此CPU主频高是情理之中的事情，所以说CPU频率强于GPU频率 是不可否认的。   [回复] [引用] [本帖链接] [只看该作者]

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地板 小石 发表于 2008-12-30 08:55:28
C P U 强于 G P U：超频性能

    从DIY诞 生的那一天开始，“超频”就一直形影不离。在我们的记忆中，上古时代的C300A超频到450MHz的惊喜仍然值得回味，现在Q9650超到4.5GHz 更是让人激动不已！然而随着GPU的不断发展，超频的魔爪已伸向了显卡。可是要论超频性而言，以我们的经验来看，相同工艺的GPU超频性远不如CPU。

一般来看，GPU核心超频到1GHz以上已经很不错了

利用液氮把默认1.6G的E2140超频至4.5G，超频幅度惊人
    由 于架构的原因，即便是GPU制程已经过渡至60nm/55nm，超频能力也同样有了一定的提升，一样有着较高的超频潜力，但是，GPU的超频性能相比 CPU远远所不及，总体来看，核心突破1GHz都十分困难，而体质稍好的CPU却轻易的可以超频100%甚至在额外的辅助下，拥有更高的超频幅度。   [回复] [引用] [本帖链接] [只看该作者]

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5F 小石 发表于 2008-12-30 08:55:52

3、C P U 强于 G P U：功耗

显卡——



注：表中数据均为显卡自身的实际功耗，空闲功耗取自Windows桌面，满载功耗取自FurMark运行过程中。
        独立显卡确实是电脑里的耗电大户，空闲状态下的功耗就已经不低了，满载情况下更是无法控制，特别是那些高端型号(8800 Ultra)。总的来说，A卡近来更省电一些。
CPU——

注：表中数据均为处理器自身的实际功耗，空闲功耗取自Windows桌面，并分别开启EIST或CnQ省电技术，满载功耗取自BOINC分布式计算运行过程中。
    和 显卡相比，不部分CPU的功耗低了不少，特别是节能技术的普遍应用使其待机功耗可以做到很低，当然高端型号在全负载下也是非常耗电的。Intel的 Core 2系列性能和功耗的确都非常出色，AMD Phenom系列则都稍逊一筹，另外Athlon 64 X2 6000+功耗特别高是因为它采用的 是90nm工艺。当然，AMD处理器都集成了内存控制器，会在一定程度上增加功耗。   [回复] [引用] [本帖链接] [只看该作者]

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6F 小石 发表于 2008-12-30 08:56:17
4、C P U 强于 G P U：发热量
     随着芯片制造工艺的改进，GPU晶体管数成倍增加，集成度越来越高，其复杂程度已经远远超越了CPU，在功耗居高不下的情况下，高端显卡的发热量自然高于高端CPU。

风冷下顶级处理器QX9770系统待机温度：38℃

风冷下顶级处理器QX9770系统满载温度：59℃

风冷下公版HD4870显卡待机温度：79℃

风冷公版下HD4870显卡满载温度：92℃
    以 上的数据，由于风扇不同，因此并不能作为有效的测试对比数据，只是供读者参考之用，目前的高端显卡，普遍温度控制不理想，换个品质好些的散热器温度会有下 降，但是整体看来顶级CPU与GPU的发热对抗中，GPU发热量还是明显处于劣势，毕竟两款产品的功耗不同，温度差距不可避免。   [回复] [引用] [本帖链接] [只看该作者]

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7F 小石 发表于 2008-12-30 08:56:49
5、C P U 强于 G P U：制作工艺
    CPU或是GPU的制造是一项极为复杂的过程，当今世上只有少数几家厂商具备研发和生产的能力。几乎每一次制作工艺的改进都能为CPU与GPU发展带来最强大的源动力，无论是Intel、AMD还是NVIDIA，制作工艺都是发展蓝图中的重中之重。

首款Intel 45nm处理器酷睿E8200




业界首款55nm GPU芯片 AMD RV670
    从目前的发展状况来看，半导体第一大厂Intel具备着世界上最先进的工艺技术，Intel CPU采用最先进的45nm工艺制造，而GPU大厂AMD与NVIDIA最高却仅使用55nm工艺，在工艺上来讲GPU落后于CPU。
    无论是NVIDIA、AMD和台积电，之前一段时间都在通过各种途径放出消息，新的台积电40nm工艺将在明年年初拿出，甚至NVIDIA的对应40nm工艺GPU将成为全球第一款40nm工艺的高度复杂芯片，从而第一次超越CPU成为最先进的芯片。
    不 过从目前角度来看，GPU想要超越CPU工艺就比较难了，台积电的40nm工艺目前主要的问题还是功耗超过预期，同时良品率极低，因此其必须通过修正才能 解决这些问题，而英特尔的32nm工艺将在明年下半年如期引入（已经完成32nm工艺处理器的出样），甚至引入的时间同40nm工艺相近甚至更早，因此 GPU工艺超越GPU工艺又将成为泡影。并且英特尔已经在为32nm工艺后继的22nm工艺进行准备了，并且相关的研究和论证早就开始。   [回复] [引用] [本帖链接] [只看该作者]

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8F 小石 发表于 2008-12-30 08:57:18
6、C P U 强于 G P U：微架构
    从微架构 上看，CPU和GPU看起来完全不是按照相同的设计思路设计的，当代CPU的微架构是按照兼顾“指令并行执行”和“数据并行运算”的思路而设计，就是要兼 顾程序执行和数据运算的并行性、通用性以及它们的平衡性。CPU的微架构偏重于程序执行的效率，不会一味追求某种运算极致速度而牺牲程序执行的效率。
    因 此从微架构上看，CPU擅长的是像操作系统、系统软件和通用应用程序这类拥有复杂指令调度、循环、分支、逻辑判断以及执行等的程序任务。它的并行优势是程 序执行层面的，程序逻辑的复杂度也限定了程序执行的指令并行性，上百个并行程序执行的线程基本看不到。GPU擅长的是图形类的或者是非图形类的高度并行数 值计算，GPU可以容纳上千个没有逻辑关系的数值计算线程，它的优势是无逻辑关系数据的并行计算。

    从 现有CPU和GPU架构来看，两者不具备互相取代或是比拼强弱的技术条件，主要是由于两者架构的差异，就像是你不能让大象和海豚比游泳一个道理。但是如果 抛开性能，单从技术的角度来看，似乎CPU的架构更胜一筹，单从CPU不需要驱动，而显卡需要驱动就可以看出来。
    首先，我们建议先看 CPU的“微架构”。CPU微架构，按照现在的产业技术水平，大概每两到三年，就会有一次大的改进。每次更迭，往往会带给整个电脑产业和消费者相当大的变 化和影响。打个简单的比方，白炽灯和节能灯，都能照明和发光。但是，一个10瓦的节能灯泡，它的亮度和60瓦的白炽灯泡相当，但耗电量却只有白炽灯泡的 20%。之所以有这样的差别，就是因为两种灯泡的“微架构”不一样。英特尔在2006年中旬，开始在市场上推出的全新一代的“酷睿”微架构系列产品，就是 一个很好的例子。这一代“酷睿”微架构的产品，与上一代Netburst微架构相比，产品性能提高40%，而同时功耗又降低40%！ 而新一代的基于 Nehalem微架构的处理器再次验证了这一点，架构的先进性一览无余。

看看夸张的供电，目前显卡是整机的功耗罪魁祸首
    再 来看看GPU的“微架构”，虽然也是更迭频繁，也给整个电脑产业和消费者相当大的变化和影响。但是也是高功耗的罪魁祸首，在依靠不断的累积大量的晶体管提 高性能的同时带来巨大的功耗与发热，两大GPU芯片巨头在残酷的竞争面前，都将功耗控制抛到了九霄云外， 显卡发热越来越大，散热器夸张，噪音难以忍受。 由此可见，CPU在不断提供更佳的性能功耗比的做法，远胜如今的GPU架构。   [回复] [引用] [本帖链接] [只看该作者]

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9F 小石 发表于 2008-12-30 08:57:48
7、C P U 强于 G P U：指令控制
    同样在 这个方面，CPU和GPU也无法比较，因为GPU大多数指令都是面向数值计算的，少量的控制指令也无法被操作系统和软件直接使用。如果比较数据指令的 IPC，GPU显然要高过CPU，因为并行的原因。但是，如果比较控制指令的IPC，自然是CPU的要高的多。原因很简单，CPU着重的是指令执行的并行 性。而在我们日常生活使用中，显然指令的控制更为重要。和支持操作系统所需要的能力CPU相比还是天壤之别，而且指令执行的效率也无法和CPU相提并论。

   现 在的CPU最重要的设计原则其实是要能更快的执行各种指令，现在很多程序的结构设计非常复杂，这些指令有非常复杂的逻辑，分支、条件的转移等很多，你要非 常高效的来执行，你需要设立很大的缓存，你还需要在指令执行上做很多的工作，比如说需要很大的指令缓冲池，对指令进行分析，需要乱序执行，把顺序打乱以 后，没有数据或者存储相关的先执行，有相关的后执行等等，这就导致每个CPU的core很大，其中真正负责计算的占的面积是很小的，大部分晶体管消耗在指 令执行环节，计算方面能力相对就弱些。要高效运行现有的很多程序，这样的设计也是必须的。而GPU的核心就是计算，运行计算，我们的GPU有很多个 核，128甚至240核，这么高的并行度就是要尽可能做到计算吞吐量足够得大，但是GPU的每个核不可能作得像CPU的核这么复杂。

    虽 然NVIDIA CUDA的出现对CPU构成了庞大威胁，但是Intel作为当前处理器老大，不仅拥有强大的生产能力，也拥有雄厚的研发团队，并且在 2006年吸收了大部分GPU研发人员，其在GPU方面也拥有很大的发展空间。并且CPU目前在一些需要复杂指令控制运算的环境依然拥有很大优势，所以指 令控制是CPU强于GPU的法宝，这是GPU永远无法企及的区域。   [回复] [引用] [本帖链接] [只看该作者]

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10F 小石 发表于 2008-12-30 08:58:32

8、C P U 强于 G P U：驱动

    在 驱动方面可以说CPU是完胜于GPU的，CPU并不需要什么驱动便可以进行使用，充其量靠刷新主板BIOS来增加对CPU的稳定性与兼容性或是打一些处理 器补丁。而在这方面GPU的驱动便十分重要，没有驱动显卡根本无法正常使用，并且驱动对于显卡的性能和兼容性起到决定性的作用，之所以ATI显卡一直受到 玩家的舆论，大部分原因就是因为其驱动不完善造成的。

ATI显卡的驱动一直受到玩家的质疑

CPU就像鼠标键盘一样，即插即用，无需驱动
    GPU微架构复杂度不高，尽管晶体管的数量不少。从应用的角度看，如何运用好GPU的并行计算能力主要的工作是开发好它的驱动程序。GPU驱动程序的优劣很大程度左右了GPU实际性能的发挥，而在这点上CPU却完全不需要。
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