03.01 CPU、GPU、NPU、TPU、SOC,哪種芯片的技術門檻最高?

深藍色的獾


技術門檻,都不低。相比之下,越是新出現的芯片種類,其技術門檻就越高。

芯片的門檻要看幾個方面,包括算法設計、材料工藝,加工工藝和封裝測試。有時設計算法能做好,但是加工環節被卡了脖子也會失敗。另外就是應用生態。有了芯片要在實際產品上應用,之後才能驗證和改進。這點是國內芯片廠商最困難的。在進口芯片的擠壓下,敢於試用國產芯片,需要很大的勇氣、魄力。

從國內目前各公司技術水平看,能達到國際前沿水平的,目前可能只有寒武紀,其他公司還在努力,希望能早日突破。

下面把幾個概念通俗介紹一下:

CPU,全稱是Central Processing Unit,即中央處理器。

這個縮寫相信大家最熟悉,它是計算機系統的“大腦”

CPU主要包括運算器、控制單元、若干寄存器、高速緩存器和它們之間通訊的數據、控制及狀態的總線。

它的工作思路是:存儲程序,按順序執行。它最擅長於邏輯控制。由於CPU需要大量的空間去放置存儲單元和控制邏輯,計算能力就受限制,所以就有了GPU出場。

目前CPU技術上沒有革命性的技術變革,只要我們按照科學的程序,一步步努力,不冒進,早晚能趕上。

GPU全稱是Graphics Processing Unit, 即圖像處理器;

GPU主要解決並行運算問題。舉個生活中的例子。超市收銀臺前,顧客有100人排隊。如果只有一個收銀員,那麼即使他操作速度再快,也要大家排隊耗時間。如果有50個收銀員同時收款,很快就解決問題。GPU解決的就是這個問題。這個問題在圖形圖處理時問題最突出,故改變算法規則,由GPU芯片來解決。但GPU不能獨立工作,必須由CPU控制。

NPU全稱是Neural network Processing Unit, 即神經網絡處理器;

NPU,神經網絡處理器,在電路層模擬人類神經元和突觸,並且用深度學習指令集直接處理,一條指令對應一組神經元的任務。由於實現存儲和計算一體化,故計算效率大大提高。

TPU全稱是Tensor Processing Unit, 即張量處理器;

是一種為通過基於神經網絡運算能力的一種ASIC,即專用集成電路。他把微處理器、模擬IP核、數字IP核和存儲器集成在一個芯片上。這是解決運算速度的另外一個思路,就是專項任務,專項解決。它通常根據特定運算任務開發,指向特定用途。比如人機大戰中的AlphaGo。

SOC全稱是System on a Chip,其本質上就是上面說的ASIC。可以叫作系統級芯片,或者叫片上系統


仁觀天下


SoC。

別看Intel,NV很牛,說實話,他倆技術真一般。為什麼這麼說呢? 其實他倆主要是靠先發優勢積累下來的專利來維持自己的優勢,技術上,並不是有多麼牛。最重要是案例就是,Intel和NV都做過SoC,全都失敗了,根本原因沒有能力。

Intel當初做移動x86芯片,整合基帶,DSP,基帶等,做不了,最終實在中國展訊的幫助下,才做成了SoC(不信自己去查新聞),但是後來,Intel一直做不好功耗和SoC的兼容性,後來沒有了下文。

NVIDIA,也做過SoC,大家還記得小米3的首發芯片就是NV家的,還是功耗,兼容和基帶做不好,NV專門收購了世界唯三的CDMA基帶公司(另外兩家是高通和威盛),但是基帶集成這個問題,NV做了3年,沒有任何效果,最後NV放棄移動芯片,專做pad和汽車了(不用基帶,不用嚴格控制功耗)。

所以,不要感覺Intel和MV有多高大上,他們只是做了三四十年,熟悉了,還有老外比較擅長構建專利牆。

這也為中國打擊美國半導體產業提供了一個方法: 我不保護你的專利,(x86隨便用吧,GPU專利也隨便用)。。。有人說,這不很流氓嗎? 那我問你使用君子手段對付流氓管用,還是流氓手段對付流氓好用? 落後者,不要總想者保護知識產權,或者對內對外倆政策,等自己牛逼了,再嚴格保護知識產權

此外,還要挖他的人。一個團隊一個團隊的挖。


Kapu


在設計和製造上,這些都屬於集成電路,難度都很高,相對而言,CPU、GPU、NPU、TPU屬於集成電路邏輯的芯片,CPU的邏輯更完整,其他幾個在各自領域各有所長,SOC屬於集成芯片的芯片,設計更加系統。

CPU,Central Processing Unit,中央處理器。

GPU,Graphics Processing Unit, 圖像處理器;

NPU,Neural network Processing Unit, 神經網絡處理器;

TPU,Tensor Processing Unit, 張量處理器;

如果CPU、GPU、NPU、TPU比作一棟摩天大樓的話,SOC好比總部基地,所以SOC≥CPU≥GPU、NPU、TPU


十分有財


當然是SOC了。

SOC叫做片上系統,別的都是xx處理器,而只有SOC叫做系統。一塊普通的soc能把CPU,GPU,NPU都集成進去。

以驍龍845為例,這塊SOC集成了基帶,CPU,GPU,DSP,ISP,音頻單元,系統內存和安全單元。其內部結構的複雜程度遠超桌面CPU或者顯卡核心。

除了SOC之外,GPU是最複雜的。第一,GPU規模巨大,英偉達的GV100核心有大概211億個晶體管,而英特爾6700K則只有17.5億晶體管。第二,GPU驅動是最複雜的,目前來看世界上能解決GPU驅動問題的廠商只有英偉達。



CPU並不複雜,只要你的指令集和架構能有配套的系統就夠了。TPU和NPU是協處理器,他們在專業用途上很強但並不複雜。


看球人


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哦滴復甦


soc的門檻其實是最高的,畢竟soc是個整合架構,涵蓋但不限於前面幾個的一種。

但是排除了soc,門檻最高的就是tpu和npu。因為這兩個涉及到人工智能這個新領域,而目前能做的基本數據就寥寥數十家(包括谷歌和華為),可見其技術難度。

而CPU與GPU門檻反而是最低的,基本上套個殼都能用,極端點的就像麒麟,mtk,澎湃等基本上拿來就用的。

CPU和GPU門檻是低,但是要做得好做到能賺錢,同時還兼具高性能,那難度比npu和tpu難度更大。目前能做到這些的用四根手指頭能數的出來:高通,AMD,nvdia,Intel。(三星蘋果因為不外賣,無法知曉在CPU這一塊是否有賺錢,因此不在範圍之內)


最後隱士


有個問題已經有同學說了,soc與其他四個不在同一個範疇,不參與討論。前面四個,其實考量的維度也很多。如果一定要排序的話,個人認為在同樣的設計製造水平下,應用範圍越廣頻度越高的,需要支持的邏輯單元種類和特性越多,從穩定性上講難度越大,穩定是商用的極其重要的指標,性能和功耗還能逐步改進。因此大體上是CPU>GPU>NPU≈TPU


tenseeds


問這個問題明顯外行,比大小呢?不管是CPU GPU WPU XPU的,都是芯片。簡單點說,芯片分設計和工藝兩個部分。設計,就是芯片架構嘛,架構服務於功能,什麼PU就是這麼分出來的嘛。大家知道的架構比如arm,mips,x86等。接下來就是工藝,架構設計了還在紙上,出產品要生產。生產就要靠工藝,比如大家天天看到的幾nm,光刻機等。

說起門檻來,設計上,CPU GPU門檻最高,因為架構要服務的功能比較綜合,電路,指令設計非常複雜,就算設計出來了,也要有系統軟件商用。之前有國芯號稱自助知識產權的架構,其實抄了mips。現在國產芯片用的架構也都是國外的arm,mips這些。至於NPU,TPU相對服務功能簡單,就深度學習那塊功能,相對而言門檻較低。

工藝嘛,就體現工業綜合水平了,是一個長期過程。

最後,這裡只是通俗的說說,磚家就別看了!


kkkaafaaa


先更正你的問題,你列的幾個都不屬於同一範疇,cpu是中央處理器,gpu是圖形處理器,npu和tpu屬於ai處理器。soc是系統集成芯片,是一種架構,可以將你說的前面幾種幾種集成到一塊芯片上,這樣做可以節省很多空間。


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