在科技日新月異的今天，計算力已成為推動社會進步和產業(yè)升級的重要驅動力。

而在這片浩瀚的計算海洋中，CPU、GPU、ASIC與FPGA作為四大核心力量，各自扮演著不可替代的角色。

下面就由文檔君帶領大家深入探索這四種計算單元的奧秘。

1.CPU

CPU（中央處理器，Central Processing Unit），大家肯定已經很熟悉了，作為計算機的運算和控制核心，是信息處理、程序運行的最終執(zhí)行單元。

CPU是馮●諾依曼架構下的處理器，在該體系結構下，指令和數據需要從同一存儲空間存取，經由同一總線傳輸，無法重疊執(zhí)行。這一處理流程，決定了CPU擅長決策和控制，但在多數據處理任務中效率較低。

一般來說，CPU 算力的提升主要依靠兩個方面，即時鐘頻率和內核數。計算機的操作在時鐘信號的控制下分步執(zhí)行，每個時鐘信號周期完成一步操作，時鐘頻率的高低在很大程度上反映了CPU速度的快慢。CPU內核是CPU內部可以執(zhí)行指令的單個處理單元。

通常來說，時鐘頻率越大、內核數越多，CPU的性能越強，但這也就帶來了能耗過高，發(fā)熱過大的問題，散熱跟不上，可能會導致CPU燒毀。

隨著 CPU 算力逐漸達到瓶頸，越來越無法滿足指數級增長的算力需求。算力發(fā)展的方向愈發(fā)轉向專用性，以尋求更高的性能、更低的能耗和成本。

02.GPU

GPU（圖形處理器，Graphics Processing Unit），從名字就可以看出，GPU是主要負責做圖像和圖形相關運算工作的處理器。

這里大家可能就要有疑問了，為什么需要專門出現GPU來處理圖形工作，CPU為啥不可以？

這是因為GPU是并行編程模型，和CPU的串行編程模型完全不同。由于圖形渲染任務具有高度的并行性，因此GPU可以僅通過增加并行處理單元和存儲器控制單元，便可有效的提高處理能力和存儲器帶寬。

GPU和CPU的關系就如同很多小學生和一個大學教授，雖然大學教授學識更加淵博，可以處理一些比較繁雜的計算問題，但是當需要處理很多的簡單計算時，一個大學教授的計算速度是不如一群小學生來的快的。

當然，隨著技術的發(fā)展，GPU的應用范圍已經擴展到科學計算、人工智能、機器學習等領域。

03.ASIC

以上的CPU和GPU可以滿足通用場景的需求，但是隨著算力場景的逐漸細分，通用的算力芯片，已經無法滿足用戶需求，于是ASIC芯片開始被逐漸應用。

ASIC（專用集成電路，Application Specific Integrated Circuit），是為特定應用而設計的集成電路。

ASIC的設計完全針對特定應用進行優(yōu)化，采用硬連線方式實現電路功能，在處理特定任務時能夠達到更高的效率和更低的能耗，因此在性能和效率方面達到了極致。

就好比服裝界的私人定制，私人定制的衣服往往更能滿足顧客的需求。雖然穿著T恤大褲衩也能去參加晚會，但畢竟是不合適的，選擇一套與場合相匹配的服飾，無疑能讓自己更加自信，也能更好地融入并享受這個特別的夜晚。

當然，提到私人定制，第一時間想到的就是“貴”。ASIC的高定制性也意味著高研發(fā)成本和技術門檻。因為ASIC芯片是為特定應用而設計的，需要進行專門的電路結構和布局設計，這通常需要高度專業(yè)化的技術和豐富的經驗。定制化設計的過程復雜且耗時，增加了研發(fā)成本和技術門檻。且ASIC的靈活性較低，一旦設計完成便難以更改，在這個技術日益更新的時代很難占據更多市場。

因此，ASIC通常適用于那些對性能要求極高且需求相對穩(wěn)定的應用場景，如加密貨幣挖礦、高性能計算等。

04.FPGA

ASIC芯片一經設計就不能更改，那么當用戶有其他需求時該怎么辦？

這就不得不提到FPGA（現場可編程門陣列，Field Programmable Gate Array），顧名思義，FPGA 是一種可編程集成電路，可由用戶配置以執(zhí)行特定任務。

相對于CPU和GPU的馮諾依曼結構，FPGA采用無指令、無需共享內存設計，每個邏輯單元的功能在重編程時就已經確定，使得FPGA的能效要比CPU和GPU高。

那么相對于ASIC，FPGA的性能如何呢，前面文檔君已經說過，AISC芯片屬于定制款，因此性能更強，能耗更低，但因為技術門檻更高、設計周期更長，所以價格也更貴，但是當需要大規(guī)模使用ASIC芯片時，成本會顯著降低。

而FPGA可以重構，因此在靈活度上會有顯著提升。這其實和搭積木一樣，固定積木需要經過設計→開?！⑺苌a→裝飾上色→包裝，最后才能上市銷售。而智力積木只需要生產幾種不同的形狀與顏色的積木，就可以讓消費者根據自己的想象和創(chuàng)意自行搭建了，缺點就是在搭積木的過程中會產生冗余，造成浪費。

總結

圖片

CPU、GPU、FPGA與ASIC作為計算世界的四大基石，各自在不同的應用場景中發(fā)揮著重要作用。它們各有千秋，共同推動了科技的進步和發(fā)展。

未來，隨著技術的不斷進步和應用需求的不斷變化，這四種計算單元將繼續(xù)演進和融合，為我們帶來更加高效、靈活和智能的計算體驗。讓我們共同期待這個充滿無限可能的計算時代的到來！