PC迎来视觉计算的拐点

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  三大拐点溅PC发展轨迹
  
  起点:PC从商用到民用
  1981年8月12日,IBM在纽约宣布IBM PC个人电脑诞生。IBMPC 5150配备了主频为4.77MHz的英特尔8088处理器、64KB RAM以及容量仅为160KB的5.25英寸软驱。它还装备着黑白显示器、键盘,没有鼠标,连唯一的发声元件还是一个只能发出嘟嘟声的蜂鸣器。这款产品当时售价高达3000美元,如果换上彩色显示器与图形卡则要4500美元。
  PC的问世让个人用户也能以相对低廉的价格获得高速计算性能的产品,它把过去一个大型电脑机房的全套装置统统搬到个人的书桌上,从而开启了个人计算时代,计算机开始慢慢进入人们的生活,而此前计算机主要的销售对象为特殊行业用户和商业机构。
  在1989年之前,CPU并不具备完善的浮点运算单元,因而配上协处理器自然是一个省事的解决方法,比如英特尔为80386搭配了80387协处理器。(注:浮点运算是高精度的运算方式,可以理解为小数点可移动的运算方式,是关系到CPU的多媒体和3D图形处理的一个重要指标。)1989年英特尔推出的80486DX是首款内置浮点运算单元的处理器,在不少人看来,其意义甚至超过了它另外一顶“帽子”——首次集成晶体管数目实破100万个的处理器。
  我们知道,电脑最初显示的只有黑白两色,直到上世纪80年代彩色图形适配卡CGA和增强型彩色图形显示卡EGA的推出,显示器上才变得“多彩”起来。1987年IBM推出PS/2电脑中提供了一种视频图形阵列VGA显示方案,它把可编程控制部件、CRT控制器、定时电路、图形控制器和属性控制器集成在一块芯片上。VGA除了彩色数提升到256色,分辨率也发展到640×480。
  
  拐点一:多媒体计算时代来临
  IBM PC推出之后赢得了巨大的成功,而民用化之后PC也逐步从商务市场逐步扩展到家用领域。而在拥有自己的PC之后,不少人开始期望它可以担任更多的职责,或是希望它的功能能够更加生活化和丰富。人们期望可以在电脑上听到悦耳的音乐,期望它可以显示动态的图片甚至是视频。1989年创新公司推出第一款SoUndBlaster声卡,随后飞利浦和JVC公司制定了VCD标准,进而使得PC从过去的数学计算时代走向了多媒体计算的时代。
  1990年11月27日,微软公司联合Tandy、NEC和创新等10家硬件厂商,共同召开多媒体大会,制定出多媒体个人电脑的标准。标准确定了CPU、CD-ROM、声卡,鼠标和Windows软件等规格。个人电脑的功能从文字处理,全面扩展到影片欣赏、点播电视、互动电影、电子图书,可视电话、音乐作曲、卡拉OK、录像录音、照相摄影、美术创作和电脑游戏等领域。
  而人们对于多媒体PC完善功能的追求也影响了CPU的发展方向。1996年英特尔发布了PentiUm MMX处理器,意为带MMX的多能奔腾。新增的57条MMX多媒体指令专门用来处理音频、视频等数据,这些指令可以大大缩短CPU在处理多媒体数据时的等待时间,使CPU拥有更强大的数据处理能力。它使得PC播放影碟再也不需要额外的硬件解压卡,解压工作将由CPU来承担,因此CPU指令集的功用开始被PC玩家和行业人士所关注。1999年,英特尔在PentiUmⅢ中集成了SSE指令集。SSE对3D几何运算及动画处理、图形处理、视频编辑/压缩/解压、语音识别以及声音压缩和合成的影响特别明显。而此后的SSE2~SSE4更是逐步加强了浮点运算、图形处理,音视频解码与优化,超线程数据处理和文件压缩等方面的能力。
  不过,当时的显卡并不能称为真正意义上的图形加速卡,因为其工作更多的是把CPU处理好的数据更好地显示出来而已。这是的显卡更大程度上等于“显示东西的卡”。
  
  拐点二:网络计算改变世界
  1995年,美国国家科学基金会宣布,不再向互联网提供资金,互联网从此完全走上了商业化的道路。而也正是在这一年,微软将其互联网浏览器Internet Explorer与Windows 95操作系统捆绑发售。从1997年开始,我国内互联网用户数量基本保持着每半年翻一番的增长速度。互联网让PC不再是一个个孤单的个体,WWW、@.:)等字符拉近了全世界PC用户之间的距离。及时的资讯、丰富的下载资源和海量的各种信息,新浪、Google、淘宝、YoUtUbe以及各种论坛甚至已经成为我们生活中很重要的一部分。
  从MODEM拨号,ISDN到ADSL再到802.11无线,人们对于互联网接入速度和接入方式提出了越来越高的要求;从MUD网游到《魔兽世界》,从网络小说到在线视频,人们对于互联网娱乐方式提出了越来越高的要求……最终,闪客、博客,播客和威客等的出现标志着一种不同于以往、不同于传统的互联网文化的兴起。
  表面看起来互联网对于PC发展似乎并未产生太大影响,除了网络硬件之外,CPU和GPU是否也因为互联网而改变了什么吗?答案是肯定的。网络浏览、即时聊天、在线播放和网络下载等应用已经在潜移默化中改变了用户使用电脑的习惯。同时聊多个MSN和QQ,打开着新浪体育和天涯论坛,后台还同时下载着BT和电驴,说不定还正在处理着OffiCe或是PhotoShop……一这对于CPU多任务处理及工作效率提出了更高的要求,超线程技术和更大容量的内置缓存正是因此而来。
  而同样是在这一时期,相辅相成的GPU与PC游戏迎来了其发展史上的蓬勃发展时期,《古墓丽影》、《摩托英豪》和《QUAKE》等经典游戏至今仍让人赞叹不已。没有人怀疑游戏对于GPU发展的推动意义,不妨想想如果没有游戏,PC今天会是什么样子,它还能显示出那么绚丽和“真实”的画面吗?在经历过2D时代之后,3dfx的Voodoo和NVIDIA终于带领我们进入到绚丽的3D图形世界。1995年11月,3dfx发布了划时代意义的Voodoo加速卡(它和Vood002一样只是一块3D子卡,并不能独立工作)。一时之间,它成了游戏卡的代名词,获得了巨大的成功。1999年8月NVIDIA在推出被誉为显卡发展史上最具影响力之一的GeForCe 256时,更是首次提出了GPU的概念。
  
  拐点三:视觉计算展现未来趋势
  在21世纪初期,PC在大众零售市场的迅速普及使得PC不再只是商业用户和玩家们的专属,普通用户群体数量的直线增长带来了更多的生活化应用的需求。而PC技术的高速发展也使得21世纪初至今,PC应用呈现出不断细分与融合的局面,厂商们开始思考并试着让PC承担起家庭媒体娱乐中心的角色。
  普通用户并不怎么关注硬件技术,但在如何让电脑更高更有效地进行更多的工作方面有着同样的需求,多任务处理,海量存储,更好的娱乐体验以及丰富多样的网络应用成了这一时期PC 应用的主旋律。因此,多核处理器问世,上百GB硬盘渐成主流,显卡性能不断提升,同时我们还迎来了Web2.0时代。此时PC游戏容量动辄以GB计,甚至安装盘需要多张DVD;BT、电驴成风,高清已经展现了未来将取代DVD成为新一代视频标准的趋势;Windows Vista的发布更是以操作系统在PC之中的领导地位,带动着软件行业进入了一个更加注重视觉效果的时代。无论是桌面办公应用、网络浏览、高清娱乐、还是游戏,都开始从2D环境向3D环境转换,视觉计算的拐点已经来临。
  PC用户早已发现在应用层面对于处理器性能的需求已经不再像多年前那么迫切,CPU在整个PC系统中的作用显然没有以前那么重要了,以往更多依赖于CPU的应用都因为其它配件的快速进步而得以分担。一方面,CPU的高速发展早已使多数低端CPU产品也能适应多数普通用户的应用需求:另一方面,对于高端用户的特殊需求,也不是单单依靠CPU就能应付的。所以这就导致了——玩家和用户对于CPU性能的依赖正在不断降低。而PC计算能力上对GPU的依赖愈发明显,Windows vista的Aero特效已经开始需要GPU参与显示运算,而微软正在开发的下一代全3D操作系统显然更需要仰仗高性能的GPU。此外,如Adobe公司的PDF软件已经加入了GPU加速功能,且下一代应用了3D技术的商业软件也即将问世。此外,玩家对于游戏的要求越来越高,一直到DIreCtx不断进化、《Crysis》和《英雄连》等游戏问世,这一需求仍在延续。而游戏对于PC发展的推动作用,只需要看看近年来无数玩家竟然为了《魔兽世界》等游戏升级和更换电脑就足以了解的。高清视频的出现则更是产生了高清显卡这一概念。
  
  大论战:CPU、GPU谁更重要?
  
  语不惊人誓不休
  在迎来视觉计算拐点之后,NVIDIA迅速抛出了“双PU核心论”,也就是把GPU的地位摆到和CPU同样的位置,并宣称在视觉计算时代,未来的应用都将以图形和视频为主,因而GPU的重要性将会超过CPU。
  得知这一言论之后,CPU霸主英特尔自然不能无视GPU对于CPU的这种压力。在今年的IDF大会中,英特尔对以NVIDIA进行了反击。英特尔高级副总裁兼数字企业事业部总经理基辛格在演讲中表示:“在下一代视觉计算中,显卡产业已经走到了尽头,取而代之的是可编程的显示计算通用架构芯片。在3、4年之后,随着相关技术,产品成熟上市,显卡产业将会消亡。”有了Larrabee(CDU内整合图形处理芯片的新架构)带来的底气,他还表示随着CPU在未来应用中占据越来越重要的地位,显卡会慢慢被集成化所取代。GPU将最终成为CPU的“一部分”。
  没过几天,NVIDIA CEO黄仁勋更公开表示英特尔的整合图形芯片组“完全是一个笑话”。他认为,英特尔的集成显卡只能与100美元以下的独立显卡竞争,集成显卡即使能够在2010年将图形产品提高10倍,仍然无法超越当前的独立显卡。NVIDIA的副总裁RoyTaylor更是毫不客气,“CPU与GPU的战争已经开始,CPU已死亡。”
  而在5月初,英特尔发布了一份官方文档对此进行了又一次反击。这份文件表示花费多60美元将CPU从E6550升级到E8400处理器后,系统在3D处理、音频应用,图片处理以及视频应用方面都有大幅度的提升;相比之下,即便花费593美元将G33主板的整合显卡升级到NVIDIA的GeForCe 8800 GTX也不会在上述应用中得到任何好处。
  
  各司其职,各有千秋
  在纷纷扰扰的喧闹之下人们已经发现,英特尔和NVIDIA的高管们多少有些夸大其辞,至少现在还没有到GPU或是CPU马上就要消亡的地点显然,其中不少言论都是为了给对手制造进一步的压力,同时引起消费者的关注。而在这种喧闹之下,相反两家公司的工程师却保持着冷静。
  NVIDIA首席技术官David Kirk在接受我们的采访时表达了他的看法,“普通用户如果下载了一个多核测试软件,他们就会发现,在平常使用中多核并没有完全用到,是在浪费金钱。而大部分用户来说,他们购买了一款双核或者入门级的四核处理器,起码心理感觉会很不错,不管用不用得着。但我们认为,其实你不需要那么强大的CPU……不过CPU在做它相应的工作时,它的构架非常合适;如果同样的任务处理交给GPU的话,那就会犯错。”
  英特尔资深架构经理赵军也在公司官方博客中也写道:“GPU在图形计算方面的一些特长在是今天的CPU无法比拟的,当然将来融合了GPU的CPU就另当别论了。相比CPU的通用运算和复杂逻辑处理,GPU要想代替CPU来运行操作系统和系统软件,是不是有点‘越俎代庖’的艺术夸张了。当然,只有一种可能,就是GPU做成了CPU,加入了大量CPU核心设计的GPU。不过,这样的GPU还叫GPU吗?……GPU会不会像80386时代,最初作为独立芯片的数学协处理器80387,最终融合到CPU中而消亡了呢?还是让市场去解决这个容易引起论战的问题吧,任何争论在市场的最终选择面前都会显得苍白无力。”
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