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科个普:为什么CPU性能的关键是整数、浮点 但最终是AI的?

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电脑的性能,无论CPU频率多高、核心多少,缓存如何,架构是什么,终归它的计算方式其实非常“简单”:浮点计算和整数计算,这二者的计算能力决定了电脑的性能。现在,可能还要额外增加一个选项:AI。

科个普:为什么CPU性能的关键是整数、浮点 但最终是AI的? - 第1张

整数和浮点的作用

正如前面说的,其实CPU无论如何去改变架构、增加缓存、提高频率,使用更先进的制程,最终就是为了提高整数和浮点计算能力,这二者是决定性能的最终因素,但是,他们在具体的应用里又扮演着不一样的角色。

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整数运算:这种运算主要用于处理离散数据,具体点说比如图像像处理、编译器语法分析、电脑电路辅助设计、游戏AI等。整数运算在日常使用中影响诸如压缩和解压缩文件、系统进程调度、编译器的语法分析以及游戏中的AI等操作。

浮点运算:浮点运算主要用于高精度计算,如科学计算和多媒体处理。这包括音视频的编解码、图像处理、科学计算等。浮点运算需要更高的精度和精确性,适用于复杂的计算任务。

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在游戏中无论GPU多么强大,CPU始终扮演着最关键的角色。它负责任务分配和游戏AI的操作决策。如果游戏代码不经过良好优化,执行频繁的操作,就会消耗大量CPU资源,降低游戏性能。另外,各种著名的游戏防盗版机制和加解密操作也会耗费浮点运算性能。因此,你会发现如果CPU性能不佳在运行新游戏时可能会影响帧率——即便你的显卡足够好也无济于事。

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总之,整数运算和浮点运算都反映了CPU处理数据的能力,另外整数运算还反映了控制程序流的能力。

很早期的CPU(如Intel 80386)没有集成浮点运算单元,因此处理浮点数非常困难(需要配合单独的浮点处理器80387才行)。后来,浮点运算单元通过SIMD技术并行计算能力,提高了浮点计算性能。

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GPU和CPU的浮点运算关系

对于GPU和CPU之间的浮点运算能力,GPU确实在并行计算上表现得更为出色,但它们通常面临着精度方面的挑战。虽然GPU可以高效地执行单精度和双精度浮点运算,但在某些科学计算任务中,需要更高精度的运算。在这种情况下,CPU的浮点运算单元通常更为适合,因为它们支持更高的精度和更复杂的运算。

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再说白一点,GPU是为高度并行计算而设计,而CPU则更注重通用性和多用途性。这也解释了为什么CPU的浮点运算单元可能在特定任务中更为强大,尤其是在需要更高精度计算的情况下。

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因此,尽管GPU具有强大的浮点运算能力,但由于其设计和计算精度的限制,它们不能完全替代CPU中的浮点运算单元。CPU在整数和浮点运算方面都具有关键作用,因为它们在不同领域中执行各种任务。

CPU未来的性能增长点是AI

CPU的关键是通用性和多用途,这在很长时间内都是“利好”的——毕竟电脑不知道你会用它来做什么、交给它什么样的计算任务。但是随着时间的推移,这种“广而不精”反而不见得是一件好事了。

很多人不明白AI究竟如何能提高系统性能,简单举个例子,如果要PS一张图片,抠出主体进行拼合同时使用滤镜处理,以前我们的处理方式是人工选择抠图边缘,进步一点是依靠算法辅助用户进行,然后各种滤镜、修改依靠电脑的浮点运算处理。但是换用AI的时候,需要人工的工作完全依靠AI计算生成,它可以通过学习、分析图片中的人物主体,自动进行抠图——使用方式发生本质改变,效率大大提高。

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但是,这依旧需要消耗浮点、整数的计算资源。要想进一步提高性能,就需要专用的单元来“替代”CPU的计算工作——AI引擎就是这么出现的。

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现在桌面CPU中只有AMD推出了集成AI引擎的产品锐龙7000系列。依托于XDNA AI引擎而生的锐龙AI引擎采用类似Mesh的专用方式进行互联,各个单元之间都可以直接通信,因此不存在数据阻塞的情况,同时也保证了时序的确定性。此外,每个AI引擎单元都配备了分布式本地内存,不会出现缓存未命中的情况,同时拥有更高的访问带宽,也降低了对内存容量的需求。

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由于内置在CPU中的锐龙AI引擎可以脱离云端工作,所以在本地也可以无延迟地处理不同的AI神经网络计算,而且还具备实时多任务能力,可处理最多4条并发空间流,峰值算力可以达到10TOPS(每秒10万亿次计算),因此性能远超传统CPU和GPU的能力。

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不同于GPU的AI计算功能——前面也提到过GPU和CPU的差异,锐龙AI引擎实现了很多以前电脑不能实现的功能:比如AI智能工作助手可以安排日程、撰写演讲稿与邮件,还能整理预算、制作PPT、语音转文字等等,作为用户的你只需要提出需求,其他的交给电脑即可;AI视觉与游戏增强方面,可以在游戏中插帧或提升画面精度,AI驱动的NPC角色也可以实现实时对话、互动,让游戏更有“人性”,而不是机械性的回复、互动。

AI增强的性能并不一定是帧率提高,而是前所未有的效率提升、功能应用产生变化。注意,这一切以前电脑不曾实现的功能,是依托于AI引擎的计算能力,甚至和CPU本身的整数、浮点运算无关。也正因如此,我们才会说“CPU性能的关键是整数、浮点 但最终是AI的”。

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