CPU和GPU的区别是什么？

Dear 丶 2023-10-01 01:55 26阅读 0赞

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CPU是一种微处理器，用于执行程序根据操作(如算术、逻辑、控制和输入-输出)给出的指令。相反，GPU最初设计用于在电脑游戏中渲染图像。CPU强调低延迟，而GPU则强调高[吞吐量][Link 1]。

## CPU Vs GPU 内容 ##

1.  比较表格
2.  定义区别
3.  关键不同
4.  结论

## 1. 比较表格 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9xeWxpYW5nLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
从上图中可以看出区别：

CPU：注重低延迟，擅长处理穿行的指令；核心少但每个核心功能强大；并且内存消耗大等。

GPU：注重高吞吐量；擅长处理并行的指令；核心很多但每个核心功能较弱；并且内存的开销比较少。

## 2. 定义的区别 ##

**CPU：**

CPU (Central Processing Unit)是一种设备，它主要充当每个嵌入式系统的大脑。它由ALU(算术逻辑单元)和CU(控制单元)组成，ALU用于临时存储数据并执行计算，CU用于执行指令排序和分支。它还与计算机的其他单元(如内存、输入和输出)进行交互，以执行来自内存的指令，这就是接口也是CPU的关键部分的原因。I/O接口有时包括在控制单元中。

它提供地址、数据和控制信号，同时接收指令、数据、状态信号和中断，并通过系统总线进行处理。系统总线是一组各种总线，如地址总线、控制总线和数据总线。与GPU不同的是，CPU分配更多的硬件单元用于高速缓存，而对计算的分配较低。  
![在这里插入图片描述][20191011104151135.png]  
**GPU：**

GPU(图形处理单元)是专门为计算图形显示器而设计的处理器。它通常与CPU合并，以便与CPU共享RAM，这对于大多数计算任务都很好。这是高端图形密集处理所需要的。离散的GPU单元包含自己的RAM，即视频RAM的VRAM。先进的GPU系统与多核cpu协同工作。最初，图形单元是在20世纪80年代由Intel和IBM引入的。这些卡片具有简单的功能，如区域填充、简单图像的更改、形状绘制等。

现代图形能够执行研究和分析任务，由于其极端的并行处理能力，常常超越cpu。在GPU中，几个处理单元被剥离到一起，而不存在缓存一致性。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9xeWxpYW5nLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## 3. 关键不同 ##

1.  在CPU的优先保障低延迟，而GPU是优先保障吞吐量优化，在一个时间间隔内执行的计算数量必须是高的或尽可能多的。
2.  当涉及到串行指令处理时，CPU提供了更有效的结果。而GPU处理并行指令的方式更加有效。
3.  一个CPU由较少数量的强大核心组成。相比之下，GPU是通过大量的弱核构建的。
4.  由于其庞大的并行处理能力，GPU可以达到与CPU相当的高速。
5.  CPU需要更多的内存来处理，而GPU需要的内存相对较少。

## 4. 结论 ##

一个是通用计算，一个是专用计算。

CPU主要负责操作系统和应用程序，GPU主要负责大量数据的并行计算。

什么类型的程序适合在GPU上运行？\*\*

（1）计算密集型的程序。所谓计算密集型(Compute-intensive)的程序，就是其大部分运行时间花在了寄存器运算上，寄存器的速度和处理器的速度相当，从寄存器读写数据几乎没有延时。可以做一下对比，读内存的延迟大概是几百个时钟周期；读硬盘的速度就不说了，即便是SSD, 也实在是太慢了。

（2）易于并行的程序。GPU其实是一种SIMD(Single Instruction Multiple Data)架构， 他有成百上千个核，每一个核在同一时间最好能做同样的事情。

**补充**：虽然GPU是为了图像处理而生的，但可以发现，它在结构上并没有专门为图像服务的部件，只是对CPU的结构进行了优化与调整，所以现在GPU不仅可以在图像处理领域大显身手，它还被用来科学计算、密码破解、数值分析，海量数据处理（排序，Map-Reduce等），金融分析等需要大规模并行计算的领域。

> 参考链接：  
> https://techdifferences.com/difference-between-cpu-and-gpu.html  
> https://www.sohu.com/a/201309334\_468740  
> CPU 和 GPU 的区别是什么？ - 虫子君的回答 - 知乎  
> https://www.zhihu.com/question/19903344/answer/96081382

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[Link 1]: https://so.csdn.net/so/search?q=%E5%90%9E%E5%90%90%E9%87%8F&spm=1001.2101.3001.7020
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