算力那些事儿

连结的青春

2021年5月，国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发了《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》（发改高技〔2021〕709号，以下简称《方案》）。《方案》明确提出布局全国算力网络国家枢纽节点，启动实施“东数西算”工程，构建国家算力网络体系。
今年2月，国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发文件，同意京津冀地区、长三角地区、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地启动建设国家算力枢纽节点，并规划了10个国家数据中心集群。至此，全国一体化大数据中心体系完成总体布局设计，“东数西算”工程正式全面启动。
那么，“东数西算”中算指什么？
算，即计算能力，简称算力。算力需要什么来提供呢？算力主要是通过CPU、GPU、FPGA等提供，如下对各算力做了简单的对比总结。

	CPU	GPU	FPGA
概念	中央处理器（Central Processing Unit）作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元	图形处理器（Graphics Processing Unit），又称显示核心、视觉处理器、显示芯片，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上做图像和图形相关运算工作的微处理器。	现场可编程逻辑闸阵列（Field Programmable Gate Array）是在PAL （可编程阵列逻辑）、GAL（通用阵列逻辑）等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
架构抽象图
架构说明	主要逻辑架构包括控制单元Control，运算单元ALU和高速缓存Cache及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线。架构设计遵循冯诺依曼架构，其核心是存储程序、顺序执行。CPU的架构中需要大量空间放置存储单元Cache和控制单元Control，计算单元ALU占比不到20%，大规模并行计算能力受限，更适合逻辑控制，不适合大量矩阵数据并行计算。	与CPU相同，包含基本的计算单元ALU、控制单元Control和存储单元Cache。但CPU中ALU不到20%，但是GPU中ALU占比超过80%，适合数据并行处理，适合深度学习中的数据训练、卷积运算。	FPGA由6部分组成，分别为可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑单元、嵌入式块RAM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元和内嵌专用硬核等。可逻辑编程，计算效率高，更接近底层IO。
主要应用场景	个人PC、服务器、智能手机终端等	游戏显卡、图形工作站、深度学习训练及逻辑推理场景	智能手机、便携式移动设备、汽车
主流厂商	国外：Intel、AMD等 国内：华为海思、海光、飞腾、龙芯、兆芯等	国外：英伟达NVIDIA等 国内：华为海思、寒武纪等	赛灵思Xilinx等

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