AI 兴起，NPU 是什么？与 CPU、GPU 有何区别？装机天下带你了解

伴随着AI的兴起，NPU这个名词也慢慢进入人们的视野。今天装机天下就来带大家了解一下NPU是什么？以及NPU、CPU 、GPU之间的区别。

一、什么是NPU？

NPU的全称是 Unit，翻译过来叫“神经网络处理单元”。你可以将它看成是一种特殊的处理器，NPU利用电路模拟人类的神经元和突触结构，来处理特定的任务。

NPU目前主要用于移动设备。例如Apple的最新和M系列笔记本电脑都集成了自己的NPU，称为 ANE（Apple ），在其Pixel设备和Coral 原型套件上使用专有的NPU，称为TPU（ Unit），而高通正在将其 ARM NPU 集成到其最新的智能手机和笔记本电脑SoC中。

二、NPU、CPU 、GPU的区别

CPU全称 Unit，即中央处理器，CPU内部逻辑结构包括（控制单元）、ALU（运算单元）、Cache（高速缓冲存储器），以及实现它们之间联系的Data（数据）、控制及状态的总线（Bus）。简单说就是计算单元、控制单元和存储单元。

CPU遵循的是冯诺依曼架构，其核心是存储程序/数据、串行顺序执行。因此CPU的架构中需要大量的空间去放置存储单元（Cache）和控制单元（），而计算单元（ALU）只占据了很小的一部分，所以CPU更擅长处理逻辑控制，而非大量数据并行计算。

GPU全称 Unit，即图形处理器。它和CPU的逻辑架构几乎一样，包含基本的计算单元、控制单元和存储单元，如图：

虽然GPU和CPU的内部架构几乎相同，但很明显，GPU内部的ALU占比非常大。CPU的ALU占比不到20%，而GPU内部80%以上都是ALU。也就是说GPU比CPU的运算单元多的多，能提供更强大的并行计算能力。

这里有人可能会疑惑：既然CPU和GPU结构相似，而且GPU拥有更强的并行计算能力，那我们就只用GPU不就行了？

一台电脑能正常开机、运行是离不开CPU的，CPU就相当于一个有智慧、并具有很多技能的领导者。从你按下电脑开机键那一刻起，CPU就开始发号施令，协调电脑内部的各个配件开始工作，并且自己也会亲力亲为干很多活。而GPU就相当于“工具人”，它只能完成CPU交给它的某项特殊任务，并且这个任务是它最擅长的。

三、GPU可以用于AI运算吗？

这里我们先来看下GPU的特点：

1、多线程，提供了多核并行计算的基础结构，且核心数非常多，可以支撑大量数据的并行计算，处理神经网络数据远远高效于CPU。

2、拥有更高的访存速度。

3、 更高的浮点运算能力。

基于以上特点，GPU自然是可以用于AI运算的，而且相比CPU更适合深度学习中的大量训练数据、大量矩阵、卷积运算。

四、既然GPU可以用来做AI运算，那为什么还要搞出个NPU呢？

虽然GPU拥有强大的并行计算能力，但是它也有天生缺陷，比如功耗高，体积大，价格贵。这里我们暂且不谈价格，就体积大、功耗高这两点来说，就无法实用到一些小型移动设备上。因此才有了NPU这个东西，它体积小、功耗低、计算效率还高。

NPU是模仿生物神经网络而构建的，CPU、GPU需要用数千条指令完成的神经元处理，NPU只要一条或几条就能完成，因此在深度学习的处理效率方面，NPU的优势很明显。

就拿手机来说，其中CPU负责手机应用流畅切换、GPU支持游戏画面快速加载，而NPU就专门负责实现AI运算和AI应用的实现。也就是说CPU是负责计算和整体协调的，而GPU是负责和图像有关的部分，NPU负责和AI有关的部分。其工作流程则是，任何工作都要先通过CPU，CPU再根据这一块的工作的性质来决定分配给谁。如果是图形方面的计算，就会分配给GPU，如果是AI方面的计算需求，就分配给NPU。

总结：NPU是什么？NPU、CPU 、GPU的区别

NPU、GPU是无法脱离CPU而单独存在的。从本质上讲，CPU擅长处理许多不同的应用程序，但并未针对图形和AI任务进行优化。GPU因为有强大的并行计算能力，所以比CPU更适合图形和AI任务，而NPU擅长像 GPU一样进行高级并行计算，并且功耗要求非常低，因此更适合AI任务的处理。