谈CPU和GPU的关系：融合、取代还是共存

二．当今CPU和GPU各自的设计目标

　　因为设计的目标不同，当今的CPU和GPU功能上有本质的不同。作为通用处理器的CPU，顾名思义，它是设计用来处理通用任务的处理、加工、运算以及系统核心控制等等的。CPU中包含的最基本部件有算术逻辑单元和控制单元，CPU的微架构是为高效率处理数据相关性不大的计算类、复杂繁琐的非计算类的等等百花八门的工作而优化的，在处理日常繁复的任务中应付自如。

　　计算机的“灵魂”——操作系统，以及几乎100%的系统软件都主要仰仗CPU来顺利运行。CPU面对的算术、逻辑运算以及控制处理是非常繁琐和复杂的，面对处理的数据和信息量不仅数量多而是种类多。CPU运算和控制多面手的这种设计，让它在计算机中得心应手，位置不可动摇。

　　GPU设计的宗旨是实现图形加速，现在最主要的是实现3D 图形加速，因此它的设计基本上是为3D图形加速的相关运算来优化的，如z-buffering 消隐，纹理映射(texture mapping)，图形的坐标位置变换与光照计算(transforming & lighting)等等。这类计算的对象都是针对大量平行数据的，运算的数据量大，但是运算的类型却并不复杂，大多类似和雷同，计算性强但是逻辑性不强，如矩阵运算就是图形运算的典型特性。

　　综上所述，GPU在图形计算方面的一些特长在是今天的CPU无法比拟的，当然将来融合了GPU的CPU就另当别论了。相比CPU的通用运算和复杂逻辑处理，GPU要想代替CPU来运行操作系统和系统软件，是不是有点“越俎代庖”的艺术夸张了。当然，只有一种可能，就是GPU做成了CPU，加入了大量CPU核心设计的GPU。不过，这样的GPU还叫GPU吗？

　　我个人的观点是：在主流市场，将来把GPU集成到CPU中是大势所趋，对于高端市场——如高端3D游戏应用，CPU + 独立GPU的并存方案依然会延续很长时间。GPU中强大的平行数据的并行计算能力，特别是在3D、浮点运算方面，在没有图形运算任务的时候，如果可以开发出来支持CPU在科学计算方面的应用，当然是件好事。

　　GPU会不会像80386时代，最初作为独立芯片的数学协处理器80387，最终融合到CPU中而消亡了呢？还是让市场去解决这个容易引起论战的问题吧，任何争论在市场的最终选择面前都会显得苍白无力。

　　下篇，我将具体说说CPU和GPU在今天计算机中的作用和位置，以及它们各自擅长和不擅长的方面，均衡计算在设计系统的重要性，将来趋势的探讨等等。