人工智能算力的核心硬件主要包括GPU、TPU、FPGA和ASIC等专用芯片,它们通过并行计算、低延迟和高能效比显著提升AI模型的训练和推理效率。随着大模型和边缘计算的发展,算力硬件正向高性能、低功耗和场景定制化方向演进。
1. GPU:通用并行计算的基石
图形处理器(GPU)凭借数千个计算核心的架构,擅长处理矩阵运算等并行任务,成为深度学习的主流选择。例如,NVIDIA的A100/H100芯片支持混合精度计算,显存带宽可达2TB/s,大幅缩短模型训练时间。
2. TPU:谷歌专为AI优化的加速器
张量处理单元(TPU)采用脉动阵列设计,针对TensorFlow框架深度优化。其三代TPU v4的算力达275 TFLOPS,功耗效率比GPU更高,适合大规模云端AI服务。
3. FPGA:灵活的可编程芯片
现场可编程门阵列(FPGA)允许硬件逻辑动态重构,在实时性要求高的场景(如自动驾驶)中优势明显。Xilinx的Versal系列结合AI引擎,能同时处理多任务负载。
4. ASIC:定制化算力的终极方案
专用集成电路(ASIC)如华为昇腾、寒武纪MLU,通过固化算法电路提升能效。昇腾910的算力达256TOPS(INT8),但研发成本高,适合特定算法固化场景。
5. 未来趋势:异构集成与存算一体
下一代硬件将结合Chiplet技术整合CPU/GPU/ASIC,同时探索忆阻器(ReRAM)等存算一体架构,突破“内存墙”限制,实现算力密度和能效的跨越式提升。
选择算力硬件需权衡任务需求、功耗和成本,边缘端侧重低延迟(如FPGA),云端追求峰值算力(如GPU/TPU),而ASIC适合算法稳定的规模化部署。持续迭代的硬件正推动AI向更复杂场景落地。