GPU、CPU、显卡区别

一、GPU介绍以及与显卡区别论述

GPU是显卡的处理器，称为图形处理器（Graphics Processing Unit，即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）上图像运算工作的微处理器，它是显卡的“心脏”，与CPU类似，只不过GPU是专为执行复杂的数学和几何计算而设计的，这些计算是图形渲染所必需的。

有了GPU，CPU就从图形处理的任务中解放出来，可以执行其他更多的系统任务，这样可以大大提高计算机的整体性能。

时下市场上的显卡大多采用NVIDIA和 AMD-ATI 两家公司的图形处理芯片；GPU会产生大量热量，所以它的上方通常安装有散热器或风扇。

类型：当下显卡类型主要包括独立显卡和集成显卡
独立显卡简称独显，是指成独立的板卡，需要插在主板的相应接口上的显卡,通过PCI-Express、PCI或AGP等扩展槽界面与主板连接的，而通常它们可以相对容易地被取代或升级（假设主板能支持升级），现在还没有出现GPU插在主板上的，因为GPU功耗很高，背面电流过大，还是焊接更为可靠。
独立显卡又分为内置独立显卡和外置显卡。平常我们见到的独立显卡都是内置独立显卡，是一片实实在在的显卡插在主板上，比如插在AGP或PCI Express插槽上，拆开机箱看，就是独立显卡和显示器信号线相连的那部分零件。
独立显卡具备单独的显存，不占用系统内存，而且技术上领先于集成显卡，能够提供更好的显示效果和运行性能。显卡作为电脑主机里的一个重要组成部分，对于喜欢玩游戏和从事专业图形设计的人来说显得非常重要。以前民用显卡图形芯片供应商主要包括ATI和NVIDIA两家。(ATI现被AMD收购)

集成显卡一般不带有显存，而是使用系统的一部分主内存作为显存，具体的数量一般是系统根据需要自动动态调整的。显然，如果使用集成显卡运行需要大量占用内存的空间，对整个系统的影响会比较明显，此外系统内存的频率通常比独立显卡的显存低很多，因此集成显卡的性能比独立显卡要逊色一些。使用集成了显卡的芯片组的主板，并不是必须使用集成的显卡，主板完全可以把集成的显卡屏蔽，只是出于成本，很少会这样做。

**GPU 与显卡的关系：**GPU是显卡的最主要部件！是显卡的心脏、大脑！显卡是由gpu（图像处理器）+显存+PVC版+金手指+挡板+接口+电容电阻等元件+散热器共同组成的，因为gpu最重要，所以约定俗成GPU往往是显卡的代名词。

二、GPU与CPU

CPU和GPU之所以大不相同，是由于其设计目标的不同，它们分别针对了两种不同的应用场景。

CPU需要很强的通用性来处理各种不同的数据类型，同时逻辑判断又会引入大量的分支跳转和中断的处理，这些都使得CPU的内部结构异常复杂。

GPU面对的则是类型高度统一的、相互无依赖的大规模数据和不需要被打断的纯净的计算环境。

于是CPU和GPU就呈现出非常不同的架构（示意图）：

图片来自nVidia CUDA文档。其中绿色的是计算单元，橙红色的是存储单元，橙黄色的是控制单元。

CPU：

CPU有强大的ALU（算术运算单元），它可以在很少的时钟周期内完成算术计算。

当今的CPU可以达到64bit 双精度。执行双精度浮点源算的加法和乘法只需要1～3个时钟周期。

CPU的时钟周期的频率是非常高的，达到1.532～3gigahertz（千兆HZ， 10的9次方）。

大的缓存也可以降低延时。保存很多的数据放在缓存里面，当需要访问的这些数据，只要在之前访问过的，如今直接在缓存里面取即可。

复杂的逻辑控制单元。当程序含有多个分支的时候，它通过提供分支预测的能力来降低延时。

数据转发。当一些指令依赖前面的指令结果时，数据转发的逻辑控制单元决定这些指令在pipeline中的位置并且尽可能快的转发一个指令的结果给后续的指令。这些动作需要很多的对比电路单元和转发电路单元。

GPU：

GPU是基于大的吞吐量设计。GPU的特点是有很多的ALU和很少的cache. 缓存的目的不是保存后面需要访问的数据的，这点和CPU不同，而是为thread提高服务的。如果有很多线程需要访问同一个相同的数据，缓存会合并这些访问，然后再去访问dram（因为需要访问的数据保存在dram中而不是cache里面），获取数据后cache会转发这个数据给对应的线程，这个时候是数据转发的角色。但是由于需要访问dram，自然会带来延时的问题。

GPU的控制单元（左边黄色区域块）可以把多个的访问合并成少的访问。

GPU的虽然有dram延时，却有非常多的ALU和非常多的thread. 为啦平衡内存延时的问题，我们可以中充分利用多的ALU的特性达到一个非常大的吞吐量的效果。尽可能多的分配多的Threads.通常来看GPU ALU会有非常重的pipeline就是因为这样。

所以与CPU擅长逻辑控制，串行的运算。和通用类型数据运算不同，GPU擅长的是大规模并发计算，这也正是密码破解等所需要的。所以GPU除了图像处理，也越来越多的参与到计算当中来。

总而言之，CPU和GPU因为最初用来处理的任务就不同，所以设计上有不小的区别。而某些任务和GPU最初用来解决的问题比较相似，所以用GPU来算了。GPU的工作大部分就是这样，计算量大，但没什么技术含量，而且要重复很多很多次。GPU的运算速度取决于雇了多少小学生，CPU的运算速度取决于请了多么厉害的教授。教授处理复杂任务的能力是碾压小学生的，但是对于没那么复杂，但是量特别大的任务，还是顶不住人多。当然现在的GPU也能做一些稍微复杂的工作了，相当于升级成初中生高中生的水平。但还需要CPU来把数据喂到嘴边才能开始干活，究竟还是靠CPU来管的。