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半精度浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算,浮點(diǎn)運(yùn)算

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CPU浮點(diǎn)運(yùn)算與整點(diǎn)運(yùn)算分別決定其什么方面的性能？

半精度浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算,浮點(diǎn)運(yùn)算


簡(jiǎn)單來(lái)講在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)環(huán)境下的日常使用中，整點(diǎn)運(yùn)算性能影響如壓縮與解壓縮，計(jì)算機(jī)進(jìn)程調(diào)度，編譯器語(yǔ)法分析，計(jì)算機(jī)電路輔助設(shè)計(jì)，游戲AI處理類型的操作 。而浮點(diǎn)運(yùn)算單元主要影響CPU的科學(xué)計(jì)算性能，如流體力學(xué)，量子力學(xué)等，而更貼近我們?nèi)粘Ｄ芤?jiàn)到的應(yīng)用就是多媒體相關(guān)的應(yīng)用，如音視頻的編解碼，圖像處理等操作 。ZEN的核心架構(gòu)圖而我們通常在測(cè)試CPU時(shí)使用如Sandra 2018，Super Pi,wPrime，F(xiàn)ritz Chess Benchmark，WinRAR，7-zip，x264 FHD Benchmark等軟件，這些測(cè)試軟件就能夠體現(xiàn)處理器理論整數(shù)運(yùn)算單元和浮點(diǎn)運(yùn)算單元性能的 。
在具體使用的軟件中，如壓縮解壓軟件WinRAR，7-zip，程序員使用的GCC編譯器，網(wǎng)絡(luò)路由的選擇，游戲中的AI以及我們?nèi)粘Ｔ囉貌僮飨到y(tǒng)調(diào)度都是整點(diǎn)運(yùn)算 。而我們?cè)谑褂胠ightroom等圖像處理軟件，語(yǔ)音識(shí)別，視頻的編解碼，以及科學(xué)家使用Matlab進(jìn)行科學(xué)計(jì)算時(shí)都用到了浮點(diǎn)運(yùn)算能力 。對(duì)于玩家最關(guān)心的就是這些到底對(duì)游戲有什么影響 。
首先CPU承擔(dān)著整個(gè)計(jì)算機(jī)中的任務(wù)進(jìn)程分配問(wèn)題，所以如果游戲代碼優(yōu)化不好，進(jìn)行頻繁的Draw Call操作，會(huì)非常消耗CPU任務(wù)調(diào)度資源 。同時(shí)現(xiàn)在游戲AI做操作行為判斷時(shí)，也是使用整點(diǎn)運(yùn)算單元的 。而現(xiàn)在很多游戲加入了防盜版機(jī)制，在運(yùn)行游戲時(shí)頻繁的加解密會(huì)消耗浮點(diǎn)運(yùn)算性能 。所以有朋友使用較老的硬件運(yùn)行新游戲時(shí)，會(huì)非常影響游戲運(yùn)行幀率 。
所以整點(diǎn)運(yùn)算性能和浮點(diǎn)運(yùn)算性能都反映了CPU處理數(shù)據(jù)的能力 。但是整點(diǎn)運(yùn)算性能還反映了控制程序流的的能力 。在計(jì)算機(jī)中，定點(diǎn)數(shù)不一定是整數(shù)，而浮點(diǎn)數(shù)也不一定是小數(shù) 。在計(jì)算機(jī)中，定點(diǎn)數(shù)是指小數(shù)點(diǎn)固定的數(shù)，而浮點(diǎn)數(shù)是指小數(shù)點(diǎn)不固定的數(shù) 。在計(jì)算機(jī)中采用IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)的存儲(chǔ)的，他可以精確的的表示某一個(gè)數(shù)據(jù) 。
在早期浮點(diǎn)運(yùn)算單元并沒(méi)有一開(kāi)始就加入到CPU設(shè)計(jì)中的 。但是在計(jì)算機(jī)中，運(yùn)算單元都是邏輯電路，由浮點(diǎn)數(shù)的定義我們可以知道，在早期僅有整點(diǎn)數(shù)運(yùn)算單元而不帶有浮點(diǎn)數(shù)處理單元的 處理器上，處理浮點(diǎn)數(shù)的階碼、尾數(shù)的計(jì)算以及規(guī)格化就成為了很困難的事情，導(dǎo)致早期CPU在科學(xué)計(jì)算中依舊非常的緩慢 。所以Intel就設(shè)計(jì)了獨(dú)立于8086和8088處理器外的8087數(shù)學(xué)輔助處理器 。
到后來(lái)隨著計(jì)算機(jī)不再是科學(xué)家的工具，也逐漸進(jìn)入了公眾視野，Intel在80486DX處理器核心內(nèi)首次集成了浮點(diǎn)運(yùn)算單元 。Intel 8087協(xié)處理器Intel Core i7 7700k處理器的CPU-Z信息早期的Intel x87系列數(shù)學(xué)運(yùn)算輔助處理器只是作為一個(gè)提高浮點(diǎn)運(yùn)算速度的處理器，而在現(xiàn)代處理器中，浮點(diǎn)計(jì)算功能會(huì)通過(guò)SIMD（Single Instruction Multiple Data，單指令多數(shù)據(jù)流）的技術(shù)實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算能力 。
在打開(kāi)CPU-Z后，開(kāi)支持指令集一欄可以看到，現(xiàn)代處理器帶有的SSE指令集就有處理浮點(diǎn)運(yùn)算的能力 。而在之后的發(fā)展中，也逐漸引入了SSE2，SSE3，SSE4，AVX，F(xiàn)MA等更加適用于現(xiàn)代軟件開(kāi)發(fā)的擁有強(qiáng)大浮點(diǎn)運(yùn)算能力的指令集 。那接下來(lái)就有問(wèn)題了，現(xiàn)代處理器加入了很多高度并行化的浮點(diǎn)運(yùn)算單元，相較以往單純CPU的浮點(diǎn)運(yùn)算能力有了非常大的飛躍，但是相對(duì)于現(xiàn)代的圖形處理器來(lái)說(shuō)，這么些浮點(diǎn)運(yùn)算能力是不夠看的，那為什么不像幾十年前一樣不在CPU中集成浮點(diǎn)運(yùn)算單元呢？？Nvidia Geforce 256核心照片對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，首先大家要了解為什么會(huì)獨(dú)立出來(lái)圖形處理器這種專有硬件的 。
在20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)多媒體逐漸開(kāi)始興盛起來(lái)，在1998年到1999年間，Intel和AMD的CPU中已經(jīng)擁有了SSE或3DNow！這樣的SIMD浮點(diǎn)運(yùn)算指令集 。但是隨著電子游戲的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的使用者對(duì)于計(jì)算機(jī)的圖形性能有了更高的要求，但是此時(shí)的CPU內(nèi)浮點(diǎn)運(yùn)算性能并不滿足需求，所以在此后圖形處理器開(kāi)始負(fù)擔(dān)更多的浮點(diǎn)運(yùn)算工作 。

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