【图说】CPU、GPU与高性能计算

图形处理单元（GPU）已经超越了其最初渲染视频游戏图形的角色，现在被用于各种高性能计算应用程序（HPC），包括人工智能训练和浮游动物分类等多种应用场景。

CPU 或中央处理单元和 GPU 通常有三个主要元素：

——执行计算和执行运算的计算元件——技术上是ALU或算术逻辑单元；

——控制元件，其协调上述操作；

——各种级别的存储器，包括动态随机存取存储器（DRAM），一种用于计算机主存储器的RAM或短期存储器，以及高速缓存。

CPU或中央处理单元通常有一个或多个功能强大的核心，由独立的计算、控制和缓存元素组成。而GPU有许多功能较弱的内核，每个内核都有多个ALU，这些ALU共享公共缓存和控制元素。

内核的数量很重要，尤其是在图像处理方面。为了在屏幕上显示图像，计算机必须读取、处理和显示每个像素的数据，而在现代高清显示器上，这些数据实际上可以相加。例如，1920乘1080像素的显示器具有2073600像素。与CPU一次只能执行一个操作不同，GPU可以并行处理这样的多个操作，这要归功于其多核架构，计算机科学家称这种数据处理方法为单指令多数据（SIMD）。

事实证明，GPU可以做的不仅仅是渲染图形。研究人员现在正在使用GPU对蛋白质折叠和基因组序列进行建模，而加密货币矿工则依靠它们来验证交易。GPU在人工智能领域也发挥着关键作用，训练数据集只会越来越大。GPU也与世界上唯一的exa级计算机Frontier中的CPU并行工作，该计算机使用8699904 GPU和CPU内核组合，实现了每秒1.194 exaflops的惊人速度。