APU“真融合”异构计算开创处理器未来

近期AMD代号“Llano”的新APU(加速处理器)，即A系列APU无疑是最热门的话题。原因首先当然是大家对它热切期待，现在终于发布，另外更关键的是该系列产品独特的设计特点非常吸引人。具体来说，就是Llano真正实现了高性能的多核CPU核心和支持DX11的独显核心融合，不但能以更低的功耗带来更强的性能，还能通过异构计算加速特定应用。

其实在2010年初，Intel就借助发布Clarckdale核心的corei5/i3，告诉全世界他们率先实现了CPU集成GPU。首先需要指出的是，这个所谓的集成只是把不同的CPU和GPU核心封装在了一起，也就是俗话所说的“胶水型”。其次Intel似乎选择性失忆了很多年前cyrix的gx86这款CPU集成GPU的先例，估计是认为cyrix早已被威盛收购而消失，绝大多数消费者已经不知道它的存在。

同时Intel为了宣传Clarckdale核心集成的GPU档次高(不高不行，毕竟被说成“鸡肋”就难堪了)，随之而来就是大张旗鼓的推出了一些“干掉独显”之类的市场推广活动。应该说这波宣传攻势当中的倒霉蛋是NVIDIA，因为它的入门级独立显卡被Intel选中成为了“被干掉”对象。事后证明，Clarckdale集成的GPU实际上性能扔处于最差水平，别说干掉独显，就是面对NVIDA或者AMD的集成GPU也是垫底。

NVIDIA当然不会坐以待毙，他们的宣传切入点是GPU比CPU更高效、更重要，并通过运行一些游戏，以及视频编码转换的实例，证明自己的GPU比Intel的CPU快几倍甚至几十倍，甚至NVIDIA低档GPU也能击败Intel的旗舰CPU。

Intel与NVIDIA的口水战，延展开来还是“CPU与GPU谁更重要”这一话题。众所周知，CPU和GPU早已成为影响整机性能的两大最直接关键因素，由此成为争论的焦点并不奇怪。分析下来不难发现，Intel的“唯CPU论”，本质是因为他的GPU实力弱;而NVIDIA的“唯GPU论”，是因为他一直没能掌握CPU核心技术。很明显，双方为了各自专注的市场，刻意夸大自身优势，同时诋毁对方长处。

实际上对于整机性能而言，CPU和GPU同时都是保证PC实现高水准的计算的基石。抛开某些简单应用不谈，大部分需要强劲性能表现的应用都需要CPU和GPU并重才行。就拿一直以来最受关注的游戏来说，CPU很强但GPU很弱的系统固然运行不好，而GPU很强但CPU很弱的系统同样不会有好表现，这已经被无数实例证明了。其实原则很简单，凡事往往都有个“度”，走极端往往没有好结果。如果过分单独强调CPU和GPU各自的重要性，甚至刻意割裂它们，那就像学习，偏科学生决不会有好的总成绩，“偏科”的整机也绝不会是什么高水平方案。合理搭配CPU和GPU，让这两者更为均衡是关键，才能给用户带来最强的综合性能表现。

Intel的Clarckdale核心还存在另一个争议，那就是CPU集成GPU的方式还属于俗称的“胶水型”，即只是简单把CPU和GPU直接并排做到一个基板上，本质上并没有真正集成在一起。这就好比要是只因为住的近，就随便声称两家邻居已经是一家人了，那自然会引起质疑。不过Intel的类似做法由来已久，以前的双核以至于四核处理器也是这样实现的，因此倒也不意外。实际上直到2011年，也就是今年初发布的SandyBridge核心，Intel才算实现了CPU和GPU合成一颗芯片，终结了混乱一年之久的邻里关系。

与此同时，AMD也发布了他研发多年的APU，宣布将CPU和GPU“融合”在了一颗芯片上。从表面上看，Intel与AMD从2011年伊始同时站在了一个起跑线上，接下来就看谁跑得更快，从而能圈到更大的地，或者说争取到更多用户。不过要是仔细比较一下SandyBridge与APU这两类产品，很快就会发现它们之间其实存在着很大的差异，而这又直接取决于Intel与AMD两大巨头自身的特点。

CPU集成GPU可以大大增加集成度，非常有利于实现整机系统小型化这一趋势，这估计大家都知道。但是光“小”还不行，肯定还希望“强”!也许有些朋友可能想得简单：把最强的CPU和最强的GPU集成在一起不就行了？可实际上这没有可行性，因为复杂度过高，根本无法制造。在技术允许范围内，如何在有限的芯片面积上分配CPU和GPU这两部分的比重，实现高性能，这就是几年前摆在Intel与AMD面前的共同难题。现在他们都交出了答案，也就是SandyBridge与APU。

Intel是CPU的行家，但还没有能力研发出复杂的GPU，因此它的选择其实相对更容易，那就是CPU占据芯片的绝大部分，毕竟GPU就是想占更大也还不够资格，这决定了SandyBridge的方案更接近于传统CPU，GPU部分处于绝对的从属地位。而AMD因为同时精通CPU和GPU，想必为了确定APU中的比例方案一定费了不少的精力，最终的结果是CPU和GPU的比重几乎均等，这种两者平等的关系也让APU实际上具备了一种新类型处理器的色彩，想必这也是AMD把它命名为APU的重要原因。

现在可以比较一下SandyBridge与APU这两个方案的优劣了。如果仍单纯以CPU的角度而论，似乎SandyBridge更具优势，不过这就又落入了之前提到的“唯CPU论”的误区，因为SandyBridge的GPU部分性能很低。低到什么程度？具体来说，A系列APU中内置的GPU分了3个档次，SandyBridge中集成的GPU也分了3个档次，可最高档SandyBridge集成GPU的水平还不如最低档A系列APU的内置GPU。相比较而言，A系列APU的CPU部分性能虽然不占优势，但也达到了SandyBridge中档型号的水平。不难发现，APU的CPU和GPU搭配方案要比SandyBridge均衡很多，其综合表现也会更好，这符合之前已经探讨过的“合理搭配CPU和GPU最重要”的观点。

APU其实还有一个值得特别关注的要素，那就是它的“异构计算”能力，这也是处理器未来的发展方向!我们前文所说的CPU和GPU搭配工作，主要还是指双方各司其职，分别执行计算和图形处理这些各自的传统任务。不过大家应该都已经知道，最新型号的GPU已经具备强大的可编程运算能力，比如AMD的RadeonHD5000/6000系列，就可以通过支持OPENCL或者DirectCompute这两大api，非常灵活的实现很多以前只能依靠CPU的复杂运算任务，而不再被局限于传统的图形领域。

就运算而言，CPU和GPU各有所长，这是由它们各自不同的架构设计特点决定的。一般而言，CPU擅长处理不规则数据结构和不可预测的存取模式，以及递归算法、分支密集型代码和单线程程序。这类程序任务拥有复杂的指令调度、循环、分支、逻辑判断以及执行等步骤，而GPU擅于处理规则数据结构和可预测存取模式，特别适合那些超大规模的并行密集运算多线程程序。而异构计算的理念，就是同时结合CPU和GPU的运算能力，让它们能够各展所长，从而兼具两者的优势，实现协同计算，彼此加速的目的。[!--empirenews.page--]

像APU这样的产品已经将CPU和GPU合为一体，它自然更有必要、也确实有能力实现异构计算，毕竟APU集成的GPU就属于RadeonHD6000系列。你可能会问SandyBridge在这方面怎么样？很遗憾，它集成的GPU档次过低，还不具备实现OPENCL或者DirectCompute的可编程运算能力，因此无从谈起异构计算，只能靠CPU继续孤军奋战。其实你可以发现，APU还反映出AMD的的设计思路，就是让强劲的GPU不仅在传统图形领域帮助APU获得优势，就算在通用运算领域也能与CPU一起协同实现更强性能，从而超越SandyBridge的单纯CPU运算。