聊 AI 硬體,一定會碰到一個問題:電腦明明早就有 CPU,為什麼跑 AI 要特地用 GPU?

這篇用白話講清楚兩者的差別,以及大型 AI 訓練為什麼幾乎都靠 GPU。它是 GPU 那一關 的對照篇,也是 AI 硬體供應鏈一條龍 的入門基礎。


一句話差別:重質 vs 重量

CPU(中央處理器)和 GPU(圖形處理器)最關鍵的差別,在核心的「數量」和「分工」。

CPU 有幾個到幾十個很強的核心,擅長按順序處理複雜、多變的任務。GPU 有成千上萬個相對簡單的核心,擅長同時處理大量同類型的運算。

示意圖:左邊的 CPU 是 8 個大方塊,代表幾個到幾十個很強的核心,擅長處理複雜、多變的任務;右邊的 GPU 是一大片密密麻麻的小方塊,代表成千上萬個簡單核心,擅長平行處理大量同類運算;中間標著「交辦工作」的箭頭表示 CPU 把工作交給 GPU。方塊數量不代表實際核心數。
CPU 用少數強核心按順序處理複雜任務並負責調度,GPU 用大量簡單核心同時算同類運算。

打個比方:CPU 像幾位博士生,每位都能解很難的題目,但人數少;GPU 像幾千個小學生,每個只會簡單的加減乘除,但人數超多。碰到「同一種題目算幾百萬遍」的工作,小學生一起上反而快得驚人。


為什麼 AI 訓練要用 GPU

關鍵在 AI 訓練的「工作型態」。

訓練 AI 模型,底層是海量、重複、而且可以同時進行的矩陣運算(一大堆數字的乘加)。這種「同一招做幾百萬次」的工作,正是 GPU 大量核心一起算的強項:GPU 一次算一大片,CPU 的少數核心只能分批排隊,慢上許多。

CPU 並沒有不好,只是這種工作不對它的盤。所以大型模型的訓練與推論,幾乎都跑在 GPU 或更專用的晶片上。


CPU 沒有被取代,是分工

真實的 AI 系統裡,CPU 和 GPU 分工合作。

CPU 負責調度、控制流程、邏輯判斷與資料準備;GPU 負責把大量平行運算做完。CPU 像專案經理,安排誰做什麼、什麼時候做;GPU 像生產線上的大批工人,把交辦的同類工作高速完成。少了哪一邊,整套都跑不順。


比 GPU 更專用的:TPU 與 ASIC

GPU 擅長平行運算,但它還算「通用」,很多種運算都能跑。想更省、更快的公司,就做出更專用的晶片。

TPU(Google 的張量處理器)和 AI ASIC,是為特定 AI 工作量身打造的晶片:在那件事上比 GPU 更有效率,代價是通用性較差。它們和 GPU 並存分工,不是誰淘汰誰。想看這幾種晶片怎麼分,讀 AI 晶片是什麼。


小企鵝的總結

CPU 和 GPU 各有擅長的工作。AI 訓練剛好是 GPU 最拿手的「大量同類運算」,所以大型訓練主要靠 GPU 或專用加速器,CPU 則留在系統裡負責調度。