[有字天書]GPGPU應用的現狀 Part 1

（原文作者：Eji）某一天下午，編輯部收到一份外稿作者Eji先生神祕的投稿，沒有圖片、沒有實做，內容卻蘊藏著不可說的奧妙……。好啦，其實是編輯部檔案櫃裡有一篇來不及整理的稿件，徵得作者同意後，實驗性的採用純文字方式刊登，預計分成4部份，希望大家多多迴響。

大家應該都同意，GPU最主要的功能就是3D繪圖：GPU能夠快速地處理3D繪圖。有很大的原因是因為即時的3D繪圖領域，一直都在加強貼圖技術，這是需要密集消費記憶體頻寬的工作，品質越高、貼圖容量越大，但是材質讀取的順序卻都是固定的。就像NVIDIA技術總監David Kirk曾經說過一句話：「CPU是為了如何增加快取命中的機率設計的，但GPU是為了快取誤失的狀況設計的。」 又大又熱的記憶體頻寬 一款遊戲中的材質根本不可能全部放入快取記憶體，而且只有套用濾鏡的時候才會重覆使用材質，所以GPU產品的記憶體頻寬幾乎都比CPU龐大的多，快取記憶體卻比CPU小得很。因為GPU幾乎是不間斷的存取記憶體介面，最後造就了一種巨大的記憶體介面怪物，而運作期間的發熱量也居高不下。

為什麼記憶體介面越大發熱量越高呢？想想看，在晶片裡頭面傳輸的距離很短，拉到晶片外頭就要對付上至外界干擾、下至距離產生的耗損，所以想必會比較耗電，只是大概很少人想到會耗這麼大。比方說NEC的向量處理器SX-9，為了達到256GB/s的頻寬，把晶片當中40%的面積全都耗在記憶體控制器上了。

而SX-9所用的256GB/s頻寬，其實對現在的高階GPU，比方說GT200（512bit x 1250MHz GDDR3 = 160GB/s）或是RV770（256bit x 2000MHz GDDR5 = 128GB/s）來說，其實已經不是那麼遙遠的境界，以記憶體頻寬和運算能力比喻，好比裝了GPU，你的PC裡面就有個超級向量處理器，所以耗電量自然也不在話下。

CPU、GPU的融合之路
超級電腦過去總是在茲事體大的環節中運作，比方常常被罵的氣象局。但是GPU的話除了打開3D遊戲的時候全速運轉，老實說通常不會運作得太頻繁，那麼對不太玩遊戲的人來說，買高階GPU就變成一種浪費。但是GPU廠商顯然也知道雞蛋不能放在同一個籃子裡，長期只有一個遊戲市場實在非常危險，要是需求萎縮的話很可能會造成經營危機，所以需要積極地布局，找機會把觸角伸到其他領域，只是過去一直都在鴨子划水階段罷了。

要替GPU增添靈活性，其實就等於把CPU的元素加入GPU之中，部分CPU的觀念與設計與GPU的定位有所衝突，這會讓GPU的特殊性與本身的優勢滑落，固定的半導體成本必須分配在刀口上，否則便可能給競爭對手──不論是CPU、或者是同樣製造GPU產品的對手，一個可乘之機。

但是反過來說，假設可以成功加入額外的運算功能，進而成為主流的話，那就很可能會從根本改變PC的運算結構，像是從數值分析的工作、到多媒體用途，很可能會慢慢改成由GPU處理來負擔，進而造成消費者在購買電腦零件組的比重改變，甚至可能造成高階CPU的買氣下降。總之，經過了長期的醞釀，GPU廠商還是決定將非繪圖運算的元素引進GPU產品，從2006年11月G80與CUDA架構正式發表以來，消費者開始接觸到GPU廠商正式踏入非繪圖運算領域的產品。

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