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ARM处理器、X86处理器和AI处理器的区别

时间:2019-11-04 10:39:10  来源:  作者:

目前主要的处理器架构有:

  • X86: Intel, AMD, 海光, 兆芯
  • ARM: 华为,飞腾,华芯通,Cavium,Ampere,富士通,亚马逊
  • POWER:IBM, 中晟宏芯
  • MIPS:龙芯
  • Alpha:申威

X86处理器

X86架构(The X86 architecture)是微处理器执行的计算机语言指令集,指一个intel通用计算机系列的标准编号缩写,也标识一套通用的计算机指令集合。

ARM处理器、X86处理器和AI处理器的区别

 

ARM处理器

ARM(Advanced RISC machines)一个32位元精简指令集(RISC)处理器架构,ARM处理器广泛地使用在许多嵌入式系统设计。ARM处理器的特点有指令长度固定,执行效率高,低成本等。

ARM处理器、X86处理器和AI处理器的区别

 

ARM 架构是开放性的商业 IP 授权,x86 是封闭架构,美国 Intel 和 AMD 对知识产权处于垄断地位(PS:现在华为等国内公司研发多以ARM架构为主)

ARM 比 x86 架构的优势和劣势

优势:

  • 1) 物理核心更多,适用于当前数据中心主流的分布式计算场景;例如大数据、分布式存储、HPC 等;
  • 2) 能耗更能,节能环保;与同样性能的 x86 处理器相比,功耗低 20%以上;

劣势:

  • 1) 单核性能稍弱于 x86;
  • 2) 相比于 Intel AVX512,向量指令运算能力偏弱,在 HPC 部分场景性能低于 x86;对通用场景无任何影响;

什么是异构?

  • 1) 从计算单元角度来看,x86 处理器之外的计算单元,都可认为是异构单元,例如 GPU,FPGA 加速卡等;
  • 2) 从软件系统集群角度来看,基于不同处理器的服务器可以认为是异构;例如基于 E5-2650v4 的大数据集群使用基于 Gold 5115 或者鲲鹏 916 的服务器来扩容,就属于扩容异构节点。

什么是众核?

众核是相对于单核而言,即最早的芯片只有一个核,到后来的双核(dual core)和四核(quad core)。超过这个数量的,不多于 10 个核的,一般称为多核“multi core”。当前的 CPU 核数达到 32~64,业界称为众核“many core”。多核和众核之间的界限,并没有严格的限制。

AI处理器

所谓的AI芯片,一般是指针对AI算法的ASIC(专用芯片)。传统的CPU、GPU都可以拿来执行AI算法,但是速度慢,性能低,无法实际商用。

华为很早就开始布局AI芯片。2017年9月德国IFA电子消费展上,华为就率先推出了内置NPU(独立神经网络处理单元)的全球首款AI芯片麒麟970。

AI处理器的发展和设计目标

ARM处理器、X86处理器和AI处理器的区别

 

目前在图像识别、语音识别、自然语言处理等领域,精度最高的算法就是基于深度学习的,传统的机器学习的计算精度已经被超越,目前应用最广的算法,估计非深度学习莫属,而且,传统机器学习的计算量与 深度学习比起来少很多,所以,我讨论AI芯片时就针对计算量特别大的深度学习而言。毕竟,计算量小的算法,说实话,CPU已经很快了。而且,CPU适合执行调度复杂的算法,这一点是GPU与AI芯片都做不到的,所以他们三者只是针对不同的应用场景而已,都有各自的主场。

GPU本来是从CPU中分离出来专门处理图像计算的,也就是说,GPU是专门处理图像计算的。包括各种特效的显示。这也是GPU的天生的缺陷,GPU更加针对图像的渲染等计算算法。但是,这些算法,与深度学习的算法还是有比较大的区别,而我的回答里提到的AI芯片,比如TPU,这个是专门针对CNN等典型深度学习算法而开发的。另外,寒武纪的NPU,也是专门针对神经网络的,与TPU类似。

谷歌的TPU,寒武纪的DianNao,这些AI芯片刚出道的时候,就是用CPU/GPU来对比的。

AI芯片,比如大名鼎鼎的谷歌的TPU1。

TPU1,大约700M Hz,有256X256尺寸的脉动阵列,如下图所示。一共256X256=64K个乘加单元,每个单元一次可执行一个乘法和一个加法。那就是128K个操作。(乘法算一个,加法再算一个)

ARM处理器、X86处理器和AI处理器的区别

 


 


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