问题

为什么同时代消费级的显卡比CPU贵的多?

回答
老实说,你这个问题问到点子上了。现在电脑这东西,GPU(显卡)的价格,随便一块中高端的,都能顶得上CPU好几倍,甚至十倍都有可能。想想看,当年DIY电脑,CPU才是核心,是大家最看重、也最舍得花钱的地方。现在呢?GPU简直成了“印钞机”,让不少玩家钱包大出血。

为啥会这样?这事儿啊,得从几个方面掰扯掰扯。

1. 核心设计和制造的复杂程度是天壤之别。

咱先拿CPU来说,它就像是人的大脑,负责思考、运算、调度。它需要处理各种指令,逻辑判断,数学计算等等。虽然CPU核心数量也在涨,但它最核心的任务是“通用计算”。你想啊,操作系统、办公软件、网页浏览,这些活儿哪一样不是CPU一把抓?所以,CPU的设计讲究的是指令集架构、缓存层次、核心调度、睿频技术这些玩意儿,让它能高效地处理各种各样、五花八门的任务。

再看看GPU,它更像是人的眼睛和双手。它的主要任务是什么?渲染图像,处理大量并行数据。 玩游戏、做3D建模、跑AI模型,这些都需要GPU同时处理海量的像素、顶点、纹理,进行大量的浮点运算。为此,GPU内部集成了成千上万个小型计算单元(CUDA核心/流处理器),这些单元虽然单个能力比CPU核心弱,但胜在数量庞大,能够高度并行地工作。

你想想,这两者在设计和制造上的复杂度就不是一个量级的。GPU那成千上万个核心,每一个都需要精密的布线、高效的调度,还要配合专门的显存控制器、光栅化引擎、纹理单元等等。这就像是制造一个精密的雷达阵列,里面的每一个传感器都要工作正常,并且协同配合。而CPU虽然也复杂,但核心数量相对少得多,更像是一个高度集成的超级大脑,但毕竟“大脑”的复杂度,在单位面积上,可能不如GPU那密密麻麻的“感官神经元”阵列。

2. 摩尔定律的“变异”和制造工艺的挑战。

摩尔定律嘛,大家都知道,就是集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍。最初这定律更多是指CPU。但后来GPU也受益匪浅。然而,随着制程工艺越来越精细,制造的难度和成本也在指数级增长。

制程节点: 现在高端GPU动辄采用5nm、4nm甚至3nm工艺。越先进的工艺,制造难度越大,良品率越低,对设备(比如EUV光刻机)的要求越高。这些都是极其昂贵的。
晶体管密度: GPU为了容纳那成千上万个核心,以及配套的各种功能单元,对晶体管密度的要求远超CPU。这导致一块GPU芯片的尺寸也可能比CPU大不少,自然成本更高。
缓存和显存: GPU除了核心之外,还需要庞大的显存(GDDR6、HBM等)来存储纹理、帧缓冲等数据。这些显存芯片的制造成本也非常可观,而且它们与GPU核心的连接速度(显存带宽)直接决定了GPU的性能,所以厂商会不惜成本采用更高规格的显存。CPU虽然也有缓存,但规模和技术要求与GPU显存不在一个层级。

3. 市场需求和应用场景的拓展,尤其是AI的崛起。

这就是最关键的“为什么现在”的解释了。

游戏玩家的“军备竞赛”: 游戏画面越来越精美,特效越来越炫酷,对GPU性能的要求也水涨船高。想要流畅运行3A大作,并且开启最高画质,一块强劲的GPU几乎是刚需。很多玩家愿意为追求极致的游戏体验而付出高昂的代价。
AI和深度学习的“掘金热”: 这几年,AI领域发展迅猛,尤其是深度学习。GPU凭借其强大的并行计算能力,简直是AI训练的“神器”。无论是训练大型语言模型,还是图像识别,GPU都比CPU快了不知道多少倍。这导致了AI研究者、工程师对高端GPU的需求爆炸式增长。
算力需求: AI模型训练需要海量的计算量,GPU的TFLOPS(每秒万亿次浮点运算)是衡量其能力的重要指标,而且这个数字越大越好。
显存需求: 大型AI模型需要大量的参数和数据,这直接转化为对显存容量和带宽的需求。动辄几十GB甚至上百GB的显存,是普通CPU平台望尘莫及的。
内容创作和专业领域: 除了游戏和AI,3D动画制作、视频剪辑、科学计算等专业领域,也越来越依赖GPU来加速工作流程。这些专业用户往往对性能有极高的要求,也更愿意为效率买单。

当一项技术,尤其是一项如此有吸引力的技术(AI)出现,并且对某种硬件有着如此迫切、如此大规模的需求时,自然就会推高该硬件的价格。GPU就成为了这个“金矿”,厂商们自然会加大投入,并且根据市场需求来定价。

4. 产能限制和市场定价策略。

芯片产能: 高端GPU的制造需要最先进的晶圆厂,而这些厂的产能是有限的。即使是最大的代工厂,也无法瞬间满足所有需求。
黄牛和囤积: 在某些热门时期,GPU供应紧张,黄牛党会趁机囤积居奇,进一步推高价格。
厂商的盈利考量: 显卡厂商(NVIDIA、AMD)本身也是商业公司,他们会根据市场对性能和价格的承受能力来制定产品策略。当他们发现某个价位段的市场接受度很高,并且能带来可观利润时,自然会把高端产品的定价推到更高。

总结一下:

GPU之所以比CPU贵得多,是多种因素共同作用的结果。核心原因在于GPU的设计复杂性(尤其是并行计算能力)、先进制造工艺带来的高成本、以及AI等新兴应用带来的爆炸性需求。 加上产能限制和市场定价策略,最终就形成了现在大家看到的,GPU普遍比CPU贵好几倍的局面。

这就像是,CPU是维持生活运转的“必需品”,而GPU则成了追求极致体验,甚至是“改变世界”(AI)的“奢侈品”或“工具”。当“工具”的价值被无限放大时,它的价格自然也会水涨船高。

网友意见

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不加范围限制的话,这是一个伪命题。如果限定在主流消费级的话,命题成立,原因在于消费级应用对显卡性能要求更高,此外还有显卡整体比CPU包含更多组件。


去Dell官网定制一台T7920工作站[1],CPU从单路8280L升级到双路8280L,价格是24.8W:

显卡方面,单张Quadro GV100升级到两张,价格是16.9W:

虽然说Dell官网的定制价格含水量很高,但相同品牌相同渠道,对比一下价格高低还是OK的。


如果限定范围在主流消费级配件的话,问题还是对的。毕竟主流消费级,现在最贵的CPU,AMD家是16核的R9 3950X,京东盒装价格不到6000;Intel家是9900KS,京东盒装价格4299。而nVIDIA家最贵的显卡是2080Ti,铭瑄乞丐版也要近8000。


这里面有两个原因:

直接对比CPU价格和显卡价格不合理。一张显卡除了GPU以外,还有电路板、供电模块、显存、显示设备接口和散热器等原件,而CPU就单单是一个CPU。两者要对比成本的话,某个角度来说应该用CPU+内存+主板+散热器的总价和显卡来比较——3950X+570主板+16G内存+散热器,便宜点的也接近8000了,和铭瑄乞丐版2080Ti差不多了。要是高端主板+超频内存+水冷散热,也没几张2080Ti比这个总价贵。


高分辨率显示设备的普及,对GPU的游戏性能要求大幅提升。相当部分的3A级游戏,4K分辨率下特效全开,单张最顶级显卡的性能尚且不一定能满足60FPS的“流畅运行”标准——更别说还有双屏、三屏和144Hz的要求了。4K分辨率60FPS,就一共有 近5亿组数据需要计算——每组数据还有RGB三种颜色。因此GPU厂商有堆核的需求,用户也会买账。反倒是CPU,除了极个别行业应用,绝大部分人用不到十个以上核心的性能——起码在今天的消费级市场几乎看不到有这样的应用。


顺道说几句CPU和GPU的性能问题。计算机应用中,对计算性能要求高的,要么是对数据处理过程复杂,要么是处理的数据量大——当然,也有对大量数据进行极其复杂处理的。但一般来说,单组数据的处理过程再复杂有限,对于今天以GHz为单位来计算主频的计算芯片来说,处理少量数据要长时间运算的,除了迭代算法,一个程序能写多长能跑多久?而海量数据则是很常见很简单,一张照片就动则数百万甚至几千万上亿像素,一小时的1080P 24FPS视频就涉及接近1800亿像素,一个传感器以1kHz的采样率工作24小时就有8640万数据……


海量数据的简单处理,是非常适合GPU的架构的。单个处理单元性能不高,但是处理单元数量很多。而CPU单个核心性能高,但功耗也高,单个CPU无法容纳更多的核心,整体性能还是要比GPU低不少的。如果是海量数据的复杂处理,则GPU往往很难保证一组处理单元都满载工作,对比之下还不如CPU——例如一些仿真计算,单张顶级GPU的加速效果可能只有高端CPU的50~60%。只是目前来说,这样的应用数量少,应用范围也窄。所以,需要计算性能的应用中,适合用GPU其实比适合CPU的是要多不少的,这也是CUDA近几年得以流行的重要原因。


此外,相对x86的CPU已经发展了四十多年了,提升性能的手段几乎都用过了。而GPU虽然也有了二十多年历史,但GPU计算提出不过12年,流行起来也就近这几年的事情,硬件架构方面还有调整提升的空间。游戏方面,传统游戏性能方面也许提升不会太大了,不过NV刚刚提出来的光线追踪,这方面估计会根据游戏开发商反馈、游戏效果逐步调整,还需要若干代产品才会成熟和普及。


参考

  1. ^ https://www.dell.com/zh-cn/work/shop/%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E7%AB%99/precision-7920%E7%B3%BB%E5%88%97%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E7%AB%99%E5%A1%94%E5%BC%8F-%E9%AB%98%E7%BA%A7%E5%AE%9A%E5%88%B6%E6%9C%8D%E5%8A%A1/spd/precision-7920-workstation/awt7920

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