GPU要超越CPU挤身一线主角还得靠AI

GPU应用因AI开始有了截然不同的新转变，不只让一些支援高度平行运算应用的高阶GPU相继问世，现在连整套GPU深度学习专用服务器也抢滩登陆，要助企业加快AI应用。

AI人工智慧、虚拟/扩增实境（VR/AR）与自动驾驶技术，在过去一年引起很高的市场关注，而一举跃升成为当前最火红的热门话题，特别是以深度学习（Deep Learning）为首的AI应用，过去几个月来，因为Google的AI电脑AlphaGo接连大败欧洲和南韩国围棋棋王，更在全世界吹起一股AI风潮，使得现在不只有大型科技或网路公司要大力投资AI，就连各国*也都要砸重金扶植AI产业。

目前一些大型科技或网路业者，例如Google、Facebook、亚马逊AWS、IBM、微软与百度等，都陆续已在云端服务中融入AI服务，做为电脑视觉、语音辨识和机器人等服务用途，甚至，也开始有越来越多规模较小的新创或网路公司，如Api.ai、Drive. ai、Clarifai与MetaMind等，打算将AI开始应用在各行各业的领域上。

GPU开始在AI应用逐渐崭露头角

然而，决定这些AI服务能不能获得更好发挥的关键，不只得靠机器学习的帮忙，甚至得借助深度学习的类神经演算法，才能加深AI未来的应用。这也使得近年来，GPU开始在一些AI应用当中逐渐崭露头角。这是因为不论是AI、VR/AR，还是自动驾驶技术的应用，虽然各有不同用途，但他们普遍都有一个共同的特色，都是需要大量平行运算（Parallel Computing）的能力，才能当作深度学习训练模型使用，或者是将图形绘制更贴近真实呈现。

所谓的平行运算泛指的是将大量且密集的运算问题，切割成一个个小的运算公式，而在同时间内并行完成计算的一种运算类型。而GPU则是最能够将平行运算发挥到极致的一大关键，这是因为GPU在晶片架构上，原本就被设计成适合以分散式运算的方式，来加速完成大量且单调式的计算工作，例如图形渲染等。所以，过去像是高细腻电玩画面所需的大量图形运算，就成为了GPU最先被广为运用的领域，现在，VR/AR则是进一步打算将原本就擅于绘图运算的GPU发挥得更淋漓尽致，来呈现出高临场感的3D虚拟实境体验。

当然在游戏绘图运算外，后来GPU也被拿来运用在需要大量同质计算的科学研究中使用。甚至近年来，GPU也开始因为深度学习的关系，而在一些AI应用当中担任重要角色。

深度学习其实是机器学习类神经网路的其中一个分支，深度学习本身是由很多小的数学元件组合成一个复杂模型，就像是脑神经网路一般，可以建构出多层次的神经网路模型，来分别处理不同层次的运算工作，这些神经网路本身并不做判断，只重覆相同计算工作，使得GPU在深度学习方面可以获得很好的发挥，而随着网路、云端和硬体技术成熟所带来巨量的资料，也造就了现在所需完成训练的深度学习模型，比起以前更需要大量高阶GPU的平行运算能力，才足以应付得了。

GPU平行运算性价比赢过CPU

因为AI、VR/AR与自驾车应用需求提高后，也促使GPU重要性与日俱增，甚至为了因应深度学习与AI应用趋势，新世代GPU反而希望尽可能在晶片中装入了更多电晶体和核心数，来提高大量同性质的资料计算能力。若是以Nvidia新的Tesla P100系列的GPU加速器产品来举例说明的话，在这个GPU加速器内总共装有3，584个CUDA核心数（单精度条件下），其内含的电晶体数更一举超过了150亿颗，数量几乎是前一代Tesla M40 GPU的翻倍，在双精度条件下的浮点运算能力，更高达有5.3 TFLOPs。

当然GPU之外，CPU本身也具有计算处理的能力，不过在处理平行运算时，*大学资工系副教授洪士灏认为，GPU的CP值（性价比）比CPU还要高。这是因为GPU原本就擅长处理大量高同质性的资料计算工作，而CPU则擅于通用型任务的资料处理，所以对于一些需要大量单调式运算工作的应用，就很适合使用GPU来执行，例如利用深度学习神经网路训练模型来实现AI应用，或者是用绘图运算呈现VR/AR所需的高细腻画面，都很适合用GPU的方式来进行计算。

另外从Nvidia官方所公布的一份CUDA C Programming Guide设计指南中也揭露了在2013年前的过去10年间，GPU与CPU两者在单精度与双精度浮点运算（Floating-Point Operations Per Second，FLOPS）发展的比较差异。整体来看，GPU与CPU发展越到后期，两者在浮点运算处理能力的差距，有逐渐被拉大的趋势，这是因为越到后面才推出的新款GPU，更加强调浮点运算的重要性，而尽可能要提高GPU浮点运算的处理能力。所以，现在许多超级电脑内都有使用GPU，来大幅提高浮点运算的实力。

从Nvidia官方所公布的一份CUDA C Programming Guide设计指南中也部分揭露了在2013年前的过去10年间，GPU与CPU两者在单精度与双精度浮点运算发展的比较差异。

整体来看，GPU与CPU发展越到后期，两者在浮点运算处理能力的差距，有逐渐被拉大的趋势，这是因为越到后面才推出的新款GPU，更加强了浮点运算的能力。