揭秘逻辑芯片：CPU与GPU的异同
在今天这篇文章中，我们将深入探讨逻辑芯片的世界。在前面的文章中，我们已经了解到，半导体芯片通常被划分为数字芯片和模拟芯片，而数字芯片占据了约70%的市场份额。数字芯片又可以细分为逻辑芯片、存储芯片和微控制单元（MCU）。接下来，让我们重点关注逻辑芯片。
逻辑芯片，简单来说，就是计算芯片。它包含各种逻辑门电路，能够实现运算与逻辑判断功能，是我们日常生活中最常见的芯片之一。大家耳熟能详的CPU、GPU、FPGA、ASIC都属于逻辑芯片范畴，而近年来备受瞩目的AI芯片，也主要是针对这类芯片而言。
首先，我们来谈谈CPU（中央处理器）。CPU无疑是计算机的心脏，负责执行各种复杂的运算和控制任务。现代计算机基于1940年代诞生的冯·诺依曼架构，其中包括运算器（逻辑运算单元，ALU）、控制器（CU）、存储器、输入设备和输出设备等关键部分。当数据到来时，会先放入存储器，然后控制器从存储器获取数据，并将其交给运算器进行处理。完成运算后，再将结果返回存储器。这一过程也被称为“Fetch-Decode-Execute-Memory Access-Write Back”。
CPU主要由运算器、控制器和时钟模块等组成。运算器负责执行算术和逻辑运算，而控制器则负责从内存中读取指令、解码指令和执行指令。此外，CPU还包括寄存器（高速缓存），用于临时保存指令和数据，以提高CPU与内存之间的通信效率。
揭秘逻辑芯片CPU与GPU的异同
CPU通常基于指令集架构进行分类，主要包括x86架构和non-x86架构。x86架构主要为复杂指令集（CISC），而non-x86架构主要为精简指令集（RISC）。PC和服务器主要采用x86架构，英特尔和AMD公司在此领域占据主导地位。non-x86架构的类型较多，近年来发展迅速，包括ARM、MIPS、Power、RISC-V、Alpha等。
接下来，我们来看看GPU（图形处理器）。GPU是显卡的核心部件，主要负责处理图形相关任务。然而，GPU并不能等同于显卡，后者还包括显存、VRM稳压模块、MRAM芯片、总线、风扇和外围设备接口等组件。1999年，英伟达（NVIDIA）公司首次提出了GPU概念，以满足当时游戏和多媒体业务对3D图形处理和渲染能力的更高需求。
根据形态，GPU可分为独立GPU（dGPU，discrete/dedicated GPU）和集成GPU（iGPU，integrated GPU），即我们常说的独显和集显。虽然GPU也是一种计算芯片，但其内部架构与CPU存在很大差异。例如，CPU的内核（包括ALU）数量较少，最多只有几十个，但拥有大量缓存（Cache）和复杂控制器（CU）。这是因为CPU作为一个通用处理器，需要应对各种类型的计算任务，同时还需要处理人机交互等问题。因此，CPU需要更大的缓存来保存各种任务状态，以减少任务切换时的延迟，同时也需要更复杂的控制器来进行逻辑控制和调度。相比之下，GPU的内核数量更多，使其在处理图形相关任务时具有更高的并行计算能力。
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