揭秘算力之源：CPU、GPU与NPU的架构、特点与算力差异_npu相比于gpu的优势和劣势是什么

随着人工智能的热潮和AI算法的广泛应用，深度学习已成为当前AI研究的重点，在自动驾驶领域，环境感知、传感器融合、控制决策等等都会多少涉及到深度学习，而自动驾驶性能的优劣直接和AI算法相关，说白了就是深度学习算法的优劣。要想在面对海量数据的并行运算的同时做到高效、可靠，那就意味着承载AI算法的计算平台需要提供足够的性能加速，也就是AI芯片的算力要足够用，同时考虑其他因素，功耗还不能超标，能效比越高越好。

过去一年，以大模型为代表的人工智能技术飞速发展，人工智能进入“智能涌现”新阶段，正在深刻重构数字世界和现实世界。

当前正处于从CPU（中央处理器）主导的通用计算模式向以GPU（图形处理器）为核心的人工智能计算加速切换的技术拐点。CPU主要用于通用计算，GPU则是用于智能计算，其并行计算能力是CPU的几倍甚至几十倍，已成为全球大模型训练的主流选择。2022年以来，人工智能发展消耗的计算资源每3~4个月就翻一倍。

架构对比

在计算机科学中，处理器是执行计算任务的核心组件。CPU、GPU和NPU是三种常见的处理器类型，它们在算力上有显著的差异。本文将详细介绍这三种处理器的算力及计算方式，以便读者更好地理解它们在实际应用中的作用。

首先，让我们了解一下CPU（中央处理器）。CPU是一种通用处理器，负责执行计算机的基本运算和控制任务。它的算力通常用FLOPS（每秒浮点运算次数）来衡量。CPU的算力相对较低，但它具有高度的灵活性和通用性，可以处理各种不同类型的计算任务。

接下来是GPU（图形处理器）。GPU的算力比CPU高出几个数量级，特别适合于需要大量并行计算的任务。GPU拥有大量的核心和线程，可以同时处理多个任务，这使得它在图形渲染、深度学习等领域具有广泛的应用。GPU的算力通常用TFLOPS（每秒万亿次浮点运算）来衡量。

最后是NPU（神经网络处理器）。NPU是专门为神经网络计算而设计的处理器，具有高度优化的硬件和指令集。它的算力比GPU更高，可以达到更高的计算效率和吞吐量。NPU的算力通常用TOPS（每秒万亿次操作）来衡量。在神经网络计算中，NPU通过MAC阵列（乘积累加运算）进行加速，可以将许多运算分解为数个MAC指令，从而提高计算效率。

那么，如何计算这些处理器的算力呢？对于CPU和GPU，我们通常使用FLOPS来衡量它们的算力。FLOPS表示每秒执行的浮点运算次数，它可以通过处理器的核心数量、时钟频率以及每个核心可以执行的浮点运算次数来计算。而对于NPU，我们通常使用TOPS来衡量它的算力。TOPS表示每秒执行的操作次数，它可以通过处理器的MAC阵列数量、时钟频率以及每个MAC阵列可以执行的操作次数来计算。

在实际应用中，不同类型的处理器在不同的计算任务中具有不同的优势。CPU适合处理通用计算任务，GPU适合处理大量并行计算任务，而NPU则适合处理神经网络计算任务。因此，在选择处理器时，我们需要根据具体的计算需求来选择最合适的处理器类型。

总的来说，CPU、GPU和NPU在算力上存在差异，各自适用于不同类型的计算任务。通过了解它们的算力及计算方式，我们可以更好地选择和使用这些处理器，从而提高计算效率和性能。希望本文能够帮助读者更好地理解这些复杂的技术概念，并为他们在实际应用中提供有益的参考。