題:
為什麼GPU會消耗這麼多功率？
Luke Taylor
2020-07-22 21:16:36 UTC
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我試圖理解為什麼GPU消耗這麼多功率。例如，P100 GPU的最大功耗為250W。

據我所知，功率是用瓦特表示的，它是電壓x。給定固定的電源（即電壓），我會假設GPU消耗大量電流。如果我理解正確，為什麼GPU會消耗這麼多電流？

我認為GPU主要由晶體管組成？那麼，為什麼在GPU中配置晶體管會比在CPU中消耗更多功率？

謝謝！

TU106擁有100億個晶體管。如果每個晶體管需要10納安，則為100A。
GPU比CPU大得多，這是第一個線索。
因為他們在短時間內做了很多事情？如今，現代GPU最有可能是凡人可用的功能最強大的專用計算機。
本質上，GPU功耗的原因與CPU相同（https://electronics.stackexchange.com/questions/258724/why-do-cpus-need-so-much-current）。頂級GPU大於您所比較的CPU，因此需要更多的功能。
@ThorbjørnRavnAndersenColossus CG2芯片也出售給了凡人。
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請注意，高端CPU與高端GPU一樣耗電。當前的Ryzen Threadripper CPU [額定功率約為280 W]（基於https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_AMD_Ryzen_microprocessors#Zen_2_based）。
問題的前提尚不清楚。您要問GPU消耗的功率要比what_多？平均工作量的平均CPU？CPU執行與GPU相同的計算速率？還有嗎
不幸的是，由於它受到保護，我無法對此添加答案，但是簡短的答案是：更好的問題是為什麼他們使用了“小功率”。就每FLOPS的功耗而言，GPU無疑是最省電的大眾市場計算設備。高端CPU具有幾十個內核。高端GPU有幾千個。該問題的答案是“因為它們的核心相對於CPU核心而言非常簡單，並且被設計為非常擅長在大型數據集上執行相同的浮點數學運算，而在其他方面卻表現不佳。”您幾乎需要FPGA或ASIC進行改進。
（如果此方法不受保護，請隨時對我執行ping操作，我將嘗試在註釋中寫出正確的答案。）
五 答案:
jusaca
2020-07-22 21:22:10 UTC
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GPU基本上是許多並行的簡化CPU。它們中的每一個都不像真正的CPU那樣強大和靈活，但是有成千上萬的它們可以提供如此強大的並行計算性能。

但這還意味著構建現代GPU需要數十億個晶體管。對於邏輯芯片，我們使用FET，因此在每個時鐘週期中，數十億的柵極電容都必須充電和放電。這就是大量電力的去向。

取決於正在運行的計算，並非每個晶體管都會在每個週期切換一次。 （例如，如果另一個執行單元很忙，則某個執行單元可能處於空閒狀態，但通常一個或另一個正在切換，因此平均分數切換很可能類似）。還有那麼多晶體管的洩漏電流（靜態功率），包括很少開關的晶體管（例如在高速緩存陣列中）。只有完全切斷芯片部分電源的低功耗空閒狀態才能避免這種情況，而且從這種狀態喚醒需要花費時間，因此不能過分使用它們。時鐘門控有助於短暫的閒置...
但是是的，+ 1，這是細節的有用簡化。Giant芯片之所以熱銷，是因為即使它的頻率低於CPU來最大化每能量的計算量（而不是單線程CPU性能），它也仍然需要一些最小值，總之很多。
@PeterCordes我們真的在接近理論極限的地方了嗎？
@John:能量/計算？地獄不，*很多*數量級。但是，對於任何給定的矽工藝和芯片設計，都有一些電壓和頻率組合可以使能量/計算量最小化，而不是使時間/計算量最小化。低於該點，您浪費的電流浪費的能量要多於節省的動態功率，這也許是因為您不能再無誤地降低電壓了。GPU的目標是接近該工作點，並且只花更多的晶體管，CPU的目標是更高的頻率，因為它們需要處理無法完美並行化的問題。
@JohnDvorak關於理論上的限制，檢查的術語是“ Landauer原理”。正如彼得所說，在解決這個問題之前，我們還有很長的路要走。
TimWescott
2020-07-22 21:53:00 UTC
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這個問題詢問為什麼給定CPU上的更快時鐘需要更多功率，並且有很多非常好的答案。

回答這些問題，並添加一個事實，即功耗不僅是所涉及的邏輯切換速度如此之快的結果，而且還取決於其中的多少——GPU具有很多邏輯，辛苦工作時，所有這些都會瘋狂地切換。

user1850479
2020-07-22 21:20:05 UTC
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GPU消耗大量功率，因為它們具有大量的高頻開關晶體管。

相對於高端GPU，CPU通常可隨時切換的晶體管數量少得多，因此不需要那麼多的電源。並非總是如此，您可以獲得功率要求非常高的低功耗GPU和巨大的服務器CPU。

DKNguyen
2020-07-22 23:29:35 UTC
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GPU是許多並行運行的較小的處理器。

每個處理器包含許多晶體管。許多並行處理器意味著更多的晶體管。

每個晶體管每次切換時，都必須對晶體管內部的寄生電容進行充電或放電。因此，晶體管切換的次數越多，此電容被充電/放電的頻率就越高，這意味著功耗就越大。 GPU運行速度很快，因此切換非常頻繁。

因此，GPU包含許多同時開關的晶體管（因為不僅僅是每個處理器在一個瞬間運行，它的許多處理器在任一瞬間運行）而且開關經常意味著很高的充電和放電電流所有這些寄生電容器。

與GPU內的任何單個處理器相比，普通處理器具有更高的功能，因此比它更複雜，晶體管更多，但它一次也只做一兩件事，因此只有一小部分晶體管可以工作。隨時切換。

user258330
2020-07-23 19:42:40 UTC
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注意：這只是對@ user1850479發布的答案的簡短評論（為什麼GPU會消耗這麼多功率？）；它作為“答案”存在的唯一原因是發表評論需要50個信譽，而我沒有。如果有人希望通過將其內容複製到適當位置的（true）評論來提供幫助，那麼我認為這很好，因此可以刪除此帖子。無需歸因或認可。許可證： CC0謝謝。 ：）

還值得注意的是，與執行標準指令相比，執行向量指令（SSE，AVX變體）的CPU消耗的功率更多。可以通過運行3D程序並強制它們使用軟件光柵化程序來觀察到這一點-本質上，是迫使CPU承擔類似GPU的工作負載-例如 WARP或 SwiftShader，通常會大量使用向量指令。英特爾的處理器甚至具有特定於AVX的功率調節功能，可將處理器保持在其額定的 TDP內。



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