GPU是怎么實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算的？我用大白話的方式給你答案

GPU是如何實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算的？結(jié)合cpu請(qǐng)給出最通俗易懂的解釋

CPU 是 “全能項(xiàng)目經(jīng)理”，GPU 是 “千人工人團(tuán)隊(duì)”—— 前者精而少，后者多而簡(jiǎn)，并行計(jì)算就是 “團(tuán)隊(duì)同時(shí)干一堆重復(fù)活”，具體拆解如下：

舉個(gè)直觀例子：

如果讓你 “給 1000 張照片美白”

用 CPU（項(xiàng)目經(jīng)理）：他得先美白第 1 張，完了再美白第 2 張，直到 1000 張全搞定，慢得要死；

用 GPU（千人工人團(tuán)隊(duì)）：直接派 1000 個(gè)工人，每個(gè)人只負(fù)責(zé) 1 張照片的美白，1 秒內(nèi)就全部搞定，這就是并行計(jì)算的核心：同時(shí)干一堆 “一模一樣的簡(jiǎn)單活”。

GPU 并行計(jì)算的 “底層邏輯”：為什么能同時(shí)干這么多活？

GPU 的 “小核心” 和 CPU 的 “大核心” 不一樣 ——CPU 的核心像 “全能工匠”，會(huì)修家電、會(huì)蓋房、會(huì)做設(shè)計(jì)，所以每個(gè)核心都很復(fù)雜、成本高，數(shù)量自然少；
而 GPU 的小核心像 “流水線工人”，只學(xué)了一個(gè)技能（比如 “擰螺絲”“涂顏料”），結(jié)構(gòu)超簡(jiǎn)單、成本低，所以能塞幾千上萬個(gè)。

這些小核心有個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn)：能 “同步執(zhí)行同一個(gè)指令”—— 比如所有核心同時(shí)執(zhí)行 “給照片加亮度”“給像素上色”，不需要互相等、不用溝通，只要給一個(gè)統(tǒng)一指令，所有人一起動(dòng)手。

就像工廠流水線：1000 個(gè)工人同時(shí)擰 1000 個(gè)產(chǎn)品的螺絲，每個(gè)人的動(dòng)作完全一樣，沒有 “誰等誰”，效率直接拉滿 —— 這就是 GPU 并行計(jì)算的本質(zhì)：用 “數(shù)量優(yōu)勢(shì)” 解決 “重復(fù)任務(wù)”。

實(shí)際應(yīng)用：哪些場(chǎng)景需要 GPU 并行？（還是大白話）

只要是 “需要重復(fù)做同一類簡(jiǎn)單操作，且操作之間互不影響” 的場(chǎng)景，GPU 都能派上用場(chǎng)：

玩游戲渲染畫面：屏幕上有幾百萬個(gè)像素，每個(gè)像素都要算 “該顯示什么顏色、有沒有光影”—— 這些計(jì)算都是一模一樣的簡(jiǎn)單活，GPU 派幾萬個(gè)小核心同時(shí)算，瞬間就能渲染出一幀畫面；如果讓 CPU 來算，一個(gè)核心算一個(gè)像素，得等幾分鐘才能出一幀，游戲直接卡成 PPT。

AI 訓(xùn)練（比如 ChatGPT 學(xué)說話）：AI 學(xué)習(xí)時(shí)要處理海量文字、圖片數(shù)據(jù)，比如 “識(shí)別 100 萬張貓的照片”—— 每張照片的識(shí)別邏輯都一樣（找耳朵、找眼睛），GPU 同時(shí)處理幾萬張，訓(xùn)練速度比 CPU 快幾百倍。

視頻剪輯 / 3D 建模：給 1 小時(shí)的視頻加濾鏡、給 3D 模型貼材質(zhì)，本質(zhì)都是 “對(duì)每個(gè)畫面像素、每個(gè)模型頂點(diǎn)做重復(fù)計(jì)算”，GPU 并行處理能讓渲染時(shí)間從幾小時(shí)壓縮到幾分鐘。

但需要注意，不是所有活都能讓 GPU 并行！

并行計(jì)算的前提是：任務(wù)能拆成 “獨(dú)立的、重復(fù)的小任務(wù)”，彼此不用依賴。

比如：

能并行：美白照片、渲染像素、算數(shù)學(xué)題里的 “1000 個(gè)獨(dú)立加法”；

不能并行：解應(yīng)用題（比如 “先算括號(hào)里的，再算乘法”，步驟不能亂）、處理文件（比如先讀文件，再修改，最后保存，順序不能換）—— 這些得靠 CPU 的 “全能核心” 一步步串行處理。

最后總結(jié)：CPU 是 “一個(gè)人干復(fù)雜活”，GPU 是 “一群人干簡(jiǎn)單活”，并行計(jì)算就是 GPU 用 “人多勢(shì)眾” 的優(yōu)勢(shì)，把海量重復(fù)的小任務(wù)拆開來，讓所有小核心同時(shí)動(dòng)手，從而實(shí)現(xiàn) “瞬間搞定” 的效率 —— 這也是為什么玩游戲、做 AI、剪視頻都離不開 GPU 的原因！對(duì)此大家是怎么看的，歡迎關(guān)注我“創(chuàng)業(yè)者李孟”和我一起交流！