从CPU架构和技术的演变看GPU未来发展

★ CPU发展趋势：不断的整合功能模块

    通过前面详细的介绍我们可以发现，CPU的发展趋势就是不断去整合更多的功能和模块，从协处理器、到缓存、再到内存控制器甚至整个北桥。

    目前AMD和Intel的所有主流CPU都已经整合了内存控制器，Intel最新的Lynnfield（Core i7 8XX和i5 7XX）已经整合了包括PCIE控制器在内的整个北桥，而Clarkdale（Core i5 6XX和i3 5XX）更是将GPU也整合了进去。

★ GPU发展趋势：不断的蚕食CPU功能

    至于GPU，从某种意义上来说，它本身就是一颗协处理器，主要用于图像、视频、3D加速。之所以这么多年来没有被CPU所整合，是因为GPU实在太复杂了，以现有的制造工艺限制，CPU不可能去整合一颗比自身规模还要大很多的GPU，它顶多只能整合一颗主流中低端的GPU，而这样的产品只能定位入门级，无法满足游戏玩家和高性能计算的需要。

    GPU从诞生至今一步步走来，就是在不断蚕食着原本属于CPU的功能，或者说是帮助CPU减负、去处理哪些CPU并不擅长的任务。比如最开始的T&L(坐标转换与光源)、VCD\\DVD\\HD\\BD视频解码、物理加速、几何着色。而今后和未来，GPU将夺走一项CPU最重要的功能——并行计算、高精度浮点运算。

★ GPU前途似锦：浮点运算的未来

    我们知道，CPU第一个整合的就是专门用来加速浮点运算的协处理器，此后历代SSE指令集也都是为了加强CPU的SIMD(单指令多数据流)浮点运算性能。而GPU打从一开始就被设计成为了SIMD架构(至今Cypress也还是这种架构)，拥有恐怖浮点运算能力的处理器。当今GPU的浮点运算能力更是达到多核CPU的几十倍甚至上百倍！

CPU和GPU的浮点运算能力

    CPU永远都赶不上GPU的发展速度，因此最适合进行浮点运算的显然是GPU，CPU继续扩充核心数目已经变得毫无意义，因此整个业界都在想方设法的发掘GPU的潜能，将所有的并行计算任务都转移到GPU上面来。即便是Intel也看到了GPU广阔的前景，因此着手研发GPU。

    此前由于API和软件的限制，GPU在并行计算方面的应用举步维艰、发展缓慢，NVIDIA孤身推广CUDA架构虽然小有成就但孤掌难鸣。好在OpenCL和DirectCompute两大API的推出让GPU并行计算的前途豁然开朗，此时ATI和NVIDIA又重新站在了同一起跑线上，那么很显然谁的架构更适合并行计算，那么谁就能获得更强的性能和更大范围的应用，通过本文的分析可以看出，ATI的架构依然是专注于传统的图形渲染，并不适合并行计算；而NVIDIA的架构则完全针对通用计算API和指令集优化设计，确保能发挥出接近理论值最大效能，提供最强的浮点运算性能！

★ CPU面临拐点：强化整数性能，浮点运算交给GPU

    AMD同时拥有CPU和GPU，而且AMD在技术方面往往能够引领业界，因此其未来发展规划非常值得大家思考。根据AMD最新的产品路线图来看，其下一代的高端CPU核心Bulldozer（推土机），它最大的亮点就是每一颗核心拥有双倍的整数运算单元，整数和浮点为非对称设计：

AMD下一代“推土机”架构，大幅强化整数运算单元

    在一个推土模块里面有两个独立的整数核心，每一个都拥有自己的指令、数据缓存，也就是scheduling/reordering逻辑单元。而且这两个整数单元的中的任何一个的吞吐能力都要强于Phenom II上现有的整数处理单元。Intel的Core构架无论整数或者浮点，都采用了统一的scheduler（调度）派发指令。而AMD的构架使用独立的整数和浮点scheduler。

    据AMD透露，目前存在于服务器上的80%的操作都是纯粹的整数操作，因此AMD新一代CPU大幅加强了整数运算单元而无视浮点运算单元。而且，随着CPU和GPU异构计算应用越来越多，GPU将会越来越多的负担起浮点运算的操作，预计未来3-5年的时间内，所有浮点运算都将会交给最擅长做浮点运算的GPU，这也就是推土机加强整数运算的真正目的。

    当然，AMD和Intel都会推出CPU整合GPU的产品，不管是胶水还是原生的解决方案，其目的并不是为了消灭显卡和GPU，而是通过内置的GPU为CPU提供强大的浮点运算能力。但由于制造工艺所限，被CPU所整合的GPU不是集成卡就是中低端，只能满足基本需求。所以想要更强大的游戏性能和并行计算性能的话，专为浮点运算而设计的新一代架构的GPU产品，才是最明智的选择。

    所以说，CPU和GPU，谁也不可能取代谁，双方是互补的关系，只有CPU和GPU协同运算，各自去处理最擅长的任务，才能发挥出计算机最强的效能。CPU会整合GPU的，但仅限中低端产品；GPU会取代CPU进行浮点运算的，但它仍然需要CPU来运行操作系统并控制整个计算机。只有当制造工艺发达到一定程度时才有可能将CPU和GPU完美融合在一起，到时候是CPU整合GPU还是GPU整合CPU都很难说，但谁被谁整合已经不重要了。■<