1 什么是GPU？

GPU的英文全称Graphics Processing Unit，图形处理单元。通俗来说，GPU是一款专门的图形处理芯片，做图形渲染、数值分析、金融分析、密码破解，以及其他数学计算与几何运算的。GPU可以在PC、工作站、游戏主机、手机、平板等多种智能终端设备上运行。

GPU和显卡的关系，就像是CPU和主板的关系。前者是显卡的心脏，后者是主板的心脏。有些同学会把GPU和显卡当成一个东西，其实还有些差别的，显卡不仅包括GPU，还有一些显存、VRM稳压模块、MRAM芯片、总线、风扇、外围设备接口等等。

2 GPU和CPU谁更强呢？

这个其实不好说，好点的GPU内部的晶体管数量可以超过CPU，CPU的强项是做逻辑运算，GPU的强项是做数学运算和图形渲染。这就ChatGPT用大量高性能显卡做AI推理的原因。

3 GPU和CPU对比

3.1 结构组成不同

CPU和GPU都是运算的处理器，在架构组成上都包括3个部分：运算单元ALU、控制单元Control和缓存单元Cache。

但是，三者的组成比例却相差很大。

在CPU中缓存单元大概占50%，控制单元25%，运算单元25%；

在GPU中缓存单元大概占5%，控制单元5%，运算单元90%。

结构组成上的巨大差异说明：CPU的运算能力更加均衡，但是不适合做大量的运算；GPU更适合做大量运算。

这倒不是说GPU更强，实际上GPU更像是一大群工厂流水线上的工人，适合做大量的简单运算，很复杂的搞不了。但是简单的事情做得非常快，比CPU要快得多。

相比GPU，CPU更像是技术专家，可以做复杂的运算，比如逻辑运算、响应用户请求、网络通信等。但是因为ALU占比较少、内核少，所以适合做相对少量的复杂运算。

3.2 缓存不同

在CPU里面，大概50%是缓存单元，并且是四级缓存结构；而在GPU中，缓存是一级或者二级的。

3.3 浮点运算方式不同

CPU性能更加注重线程的性能，在控制部分做的事情较多，这样做就是为了确保控制指令不能中断，在浮点计算上功耗少。

相较于CPU，GPU的结构更为简单，基本上它也只做单精度或双精度浮点运算。GPU的运算速度更快，吞吐量也更高。

3.4 响应方式不同 

CPU基本上是实时响应，采用多级缓存来保障多个任务的响应速度。

GPU往往采用的是批处理的机制，即：任务先排好队，挨个处理。

4 GPU对于图形处理

假设在实时渲染中，一帧1080*720P的图片，那么这张图就有大概777600个像素点。如果按照最基本的24帧/秒的帧率计算。1秒钟就要求计算机处理18662400个，即：1866.24万个像素点。

这还是高清的情况下，如果是1090*1080、2K、4K甚至8K的视频渲染，可想而知，这个计算量是何其巨大。尤其是在像游戏这样的实时渲染场景下，显然仅仅依靠CPU渲染是会超时的。

实际上，在屏幕中显示的三维物体都要经过多重的坐标变换，并且物体的表面会受到环境中各种光线的影响，呈现不同的颜色和阴影。这就包括了光线的漫射、折射、透射、散射等。

5 总结

GPU不管是处理图形渲染、数值分析，还是处理AI推理。底层逻辑都是将极为繁重的数学进行任务拆解，化繁为简。

然后，利用GPU多流处理器的机制，将大量的运算拆解为一个个小的、简单的运算，并行处理。用户可以认为一个GPU就是一个集群，里面每个流处理器都是一颗CPU，这样就容易理解了。