什么是CPU？

CPU是英文Central Processing Unit的縮寫，一般是指中央處理器，它是一塊超 大規(guī)模的集成電路，是一臺計算機的運算核心和控制核心。它的功能主要是解釋計算 機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。

CPU由運算器、控制器和寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線 構(gòu)成。CPU的能力高低直接影響了整個電腦的運行速度。

目前CPU主要有兩種指令集架構(gòu)：

復雜指令集架構(gòu)CISC（Complex Instruction Set Computer）：X86

精簡指令集架構(gòu)RISC（Reduced Instruction Set Computer）：ARM、MIPS和RISC-V

為了使計算機的性能更快更穩(wěn)定，人們對計算機指令系統(tǒng)的構(gòu)造迕行了調(diào)整。最初，? 通過設(shè)置一些功能復雜的指令，把原來軟件的常用功能改用硬件的指令系統(tǒng)實現(xiàn)，以 提高執(zhí)行速度，即CISC。另一種方法是盡量簡化計算機指令功能，只保留那些功能簡 單的指令，而把較復雜的功能用一段子程序來實現(xiàn)，即RISC。

CISC和RISC是設(shè)計制造微處理器的兩種典型技術(shù)，雖然都是在諸多因素中尋求平衡，以達到高效的目的，但采取的方法不同導致二者在很多方面差異巨大。

國內(nèi)x86主要產(chǎn)品

海光：2016年，AMD宣布天津海光達成了協(xié)議，將x86技術(shù)授權(quán)給海光公司，獲得授權(quán)費，雙方成立合資公司。

兆芯：通過威盛(VIA)獲 得x86架構(gòu)的授權(quán)。在x86架構(gòu)下，兆芯做了很多新的工作，擁有了自主的知識產(chǎn)權(quán)。

國內(nèi)ARM主要產(chǎn)品

華為海思：目前我國技術(shù) 最 強 的芯片設(shè)計公司，華為買了ARM 指令 集架構(gòu)授權(quán)，研發(fā)自有的處理器核， 主攻手機、服務(wù)器市場。

展訊：2016年芯片出貨量達到67000萬套，次年6月宣布成功研發(fā)自主的ARM架構(gòu)處理器，宣稱在SC98504 核芯片同樣大的面積上實現(xiàn)了6核的設(shè)計，功耗和性能可按需調(diào)配。

GPU是什么？

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圖形處理器（Graphics Processing Unit，縮寫：GPU），又稱顯示核心、視覺處理器、顯示芯片，是一種專門在個人電腦、工作站、游戲機和一些移動設(shè)備（如平板電腦、 智能手機等）上做圖像和圖形相關(guān)運算工作的微處理器。

GPU使顯卡減少了對CPU的依賴，? 并進行部分原本CPU的工作，尤其是在3D圖形處理時GPU所采用的核心技術(shù)。

應(yīng)用方面

GPU應(yīng)用之一：追求極致的娛樂與性能平衡

全球游戲市場蓬勃發(fā)展，帶動PC出貨量上升。在多種PC當中，游戲本受到的關(guān)注 最多。游戲本的出貨的上升在較大的程度上是由于支持光追技術(shù)的游戲本增加。但是 高性能的GPU相對笨重且功耗大，未來筆記本會向輕薄化與強性能方向發(fā)展。

GPU應(yīng)用之二：人工智能與深度學習

人工智能已經(jīng)成為經(jīng)濟發(fā)展的助推器。人工智能起始于深度學習。深度學習分為 “訓練” 與“推理”兩個過程。在“訓練”階段，GPU由于其多核特性，適用于并行 計算；在“推理”階段，由于目前FPGA與ASIC的技術(shù)尚未成熟，GPU仍是主要芯片之一。

GPU應(yīng)用之三：自動駕駛

自動駕駛技術(shù)已經(jīng)成為整個 汽車產(chǎn)業(yè)的最新發(fā)展方向，市場空間廣闊。目前，全球 多個GPU公司已經(jīng)在自動駕駛方面布局。GPU由于其并行計算的優(yōu)勢能較好地處理圖像與 媒體信息。目前GPU是自動駕駛領(lǐng)域的主流方案。

什么是DPU？

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DPU是 Data Processing Unit的簡稱，它是最新發(fā)展起來的專用處理器的一個大類，是繼CPU，? GPU之后，數(shù)據(jù)中心場景中的第三顆重要的算力芯片，為高帶寬、低延遲、數(shù)據(jù)密集的計算場景提 供計算引擎。

第一階段，“史前”階段。

在CPU之前的年代，CPU的處理速度和IO的輸入輸出速度基本匹配，因此也談不上以誰為中心。IO部分負 責數(shù)據(jù)的輸入和輸出，核心的計算模塊負責具體的計算。

第二階段，CPU迅猛發(fā)展階段。

CPU發(fā)明后，通過標準的指令集，解耦了軟件和硬件。CPU開始性能狂飆，而內(nèi)存和外存的性能提升 卻非常有限。這時候，我們不得不設(shè)計非常多層級的存儲hhierarchy來彌補IO（內(nèi)存也可以當做CPU的數(shù)據(jù)IO）和CPU之間巨大的性 能差距。這樣，以CPU的計算為中心成為了整個計算機最核心的架構(gòu)。

第三階段，CPU瓶頸+數(shù)據(jù)爆炸階段。

再進一步的，時間來到了大數(shù)據(jù)時代。網(wǎng) 絡(luò)帶寬升級到百Gbps以上，存儲更換成更高IOPS的NVMe SSD?？深A(yù)見的未來，網(wǎng) 絡(luò)和存儲的帶寬還會持續(xù)的增加，暫時看不到停頓的跡象。而與此同時，CPU的 性能卻陷入了停滯。這樣，以CPU計算為中心的架構(gòu)越來越無法滿足計算性能的 要求，計算機架構(gòu)未來會逐漸演化成以數(shù)據(jù)為中心的架構(gòu)。

還有哪些數(shù)字芯片？數(shù)字設(shè)計工程師怎么做？

SoC是系統(tǒng)級集成， 將構(gòu)成一個系統(tǒng)的軟/硬件集成在一個單一的IC芯片里。它一般包含片上總線、MPU ?核、SDRAM/DRAM、FLASH ROM、DSP、A/D、D/A、RTOS內(nèi)核、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、嵌入式實時應(yīng)用程序等模塊，同時，? 它也具有外部接口， 如外部總線接口和I/O端口。通常，SoC中包含的一些模塊是經(jīng)過預(yù)先設(shè)計的系統(tǒng)宏單元 部件稱為IP模塊， 這些模塊都是可配置的。

編輯：黃飛

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