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高性能计算新趋势 GPU挑战CPU

    【IT168 专稿】 GPU是英文Graphic Processing Unit的缩写,汉语的意思就是图形处理器。早期的计算机也需要处理图形,但是那时候图形的处理相对简单,多数工作都交由中央处理器CPU来完成。其实当时的业界也有一些图形处理产品,例如80年代的GE(Geometry Engine),但是其功能还是较弱,直到NVIDIA1999年推出了图形处理器GeForce 256,GPU才真正开始了迅速的发展。

    从99年的NVIDIA的Geforce256开始,NVIDIA在其后的近10年间相继推出了以Geforce2、Geforce3、Geforce4 Ti、GeForce6800、GeForce 7800、GeForce 8800为代表的产品,GPU 的计算能力也在过去10年间有了飞速的发展,基本上是平均6个月,就有性能翻倍的产品面市。下面,我们不妨对近年GPU的发展予以简单回顾:

一、GPU发展历史回顾

    1999年~2000年,此时市场上的GPU主要以NVIDIA的Geforce256和Geforce2,ATI的Radeon7500,以及S3的Savage3D为代表。这期间的GPU将T&L功能从CPU分离出来,实现了高速的顶点变换。

    2001年,主导市场的GPU主要有NVIDIA的Geforce3和Geforce4 Ti,还有ATI的Radeon8500。2001年间的GPU首次引入了可编程性,即顶点级(vertex stage)的可操作性,也就是说,应用程序调用一组自定义指令序列来处理顶点数据,并可以将图形硬件的流水线作为流处理器来解释。

    2003年,NVIDIA的GeforceFX,ATI的Radeon9700是最主要的产品。象素级和顶点级操作的可编程性得到了提升,这时的GPU也实现了对浮点格式的纹理的支持,不限制在[0,1]范围内。Cg语言在内的高级语言,在这一代GPU开始得到使用。

    2004年,市场上主要以 GeForce6800为代表,这一代GPU,顶点程序可以直接访问纹理,支持动态分支;象素着色器开始支持分支操作,包括循环和子函数调用,TMU支持64位浮点纹理的过滤和混合,ROP(象素输出单元)支持MRT(多目标渲染)。

    2006年,市场的领头羊非NVIDIA GeForce 7800莫属,该产品在架构上做了许多改良,包括重新设计的顶点着色单元缩短了执行流程,新的像素着色单元提高了浮点运算速度等等。

    2007年,以GeForce 8800为代表, G80核心拥有令人惊叹的6.81亿晶体管。07年底,NVIDIA又推出了G98核心, 对于H.264实现了完全硬件解码支持,对于VC-1实现了部分硬件解码支持,说明GPU功能越来越多,为CPU分担了越来越多的工作。

    如上所述,正是由于GPU厂商的持续努力,今天的GPU性能已经非常的强大,也开始承担越来越多传统上CPU所做的工作。GPU 的能力今非昔比,加上近年,芯片的发展趋势趋向于融合,GPU挑战CPU的态势已然确定。双方阵营剑拔弩张,一场CPU和GPU的大战箭在弦上。
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