七大中央处理器 (CPU) 用例

中央处理器 (CPU) 是电脑的大脑，负责分配和处理任务，并管理基本的运行功能。

电脑已经与现代生活完美融合，有时我们甚至不知道全世界有多少 CPU 在使用。这是一个惊人的数字 — 这么多的 CPU，只能得出一个近似值。

据估计，目前运行的 CPU 核心可能多达 2000 亿个（或更多）。芯片制造商 Arm 公司（链接位于 ibm.com 以外）声称，2020 年一个季度的芯片出货量达到 73 亿颗，即整个季度每秒钟大约出货 900 颗 CPU。（3 个月内大约有 780 万秒。）

这就产生了一个惊人的对比。根据美国人口普查局的预测，2024 年全球人口约为 80 亿。如果将目前存在的 2 000 亿个 CPU 都公平地分配给每个人—没有一个专用于商业、政府或科学应用—那么地球上每个人的大脑就会有 25 个 CPU 充当电脑的大脑。

这就提出了一个关键问题：有这么多 CPU 在运行，它们都是如何使用的？

就 CPU 而言，我们谈论的是一个非常小的处理器芯片，但这个非常小的东西却能做很多事情。一项简短的调查显示，哪些行业对 CPU 的依赖程度最高：

消费电子产品

世界上许多最赚钱的公司，如苹果公司，都为消费电子行业生产设备。对个人计算平台（如智能手机、笔记本电脑和游戏机）的巨大需求推动了 CPU 使用量的持续大规模增长。除此之外，采用物联网 (IoT)技术的家用设备意味着 CPU 现在已被集成到冰箱、恒温器、安全系统等设备中。

数据分析

数据分析的目标是获取原始数据，并将其提炼为可理解的叙述，以实现业务目标。这一过程的第一部分是收集和清理数据。CPU 作为主要的电脑处理单元，在这些活动中发挥着重要作用。此外，CPU 实现的高时钟速度使其完全适合处理数据分析所需的快速扫描和信息检索类型。

国防和太空

CPU 是现代防御系统的真正支柱。任何希望成为世界强国的国家，都必须将现代电脑作为其安全武库的一部分。同样，如果没有中央处理器来应对计算太空飞行距离和路线的巨大计算挑战，人类就不可能在太空探索方面取得成就。太空对电脑提出了独特的挑战，因为电脑必须经过辐射强化处理，以抵御强大的太阳光线。

金融服务

与数据分析一样，金融科技公司也需要 CPU 来快速高效地处理大量金融信息。通过对这些数据进行高级分析，然后将一系列不同的情景应用于这些数据，中央处理器支持的风险管理系统可以帮助金融机构减少损失。CPU 以另一种关键方式协助这项工作，即帮助标记异常情况和检测欺诈案件。

医疗保健

几乎所有行业都能从 CPU 的高速运行中获益，但最重要的莫过于医疗保健行业，因为生命危在旦夕，时间就是一切。除了能够在医疗服务提供者之间快速传递重要的病人信息外，CPU 还可用于帮助实现处方和其他用品的自动订购和跟踪。 电脑还可以创建器官的术前 3D 模型，并帮助病理学家研究疾病。

制造业物联网

半导体的使用从根本上改变了制造业，使材料输入同步化，并改善了质量控制。电脑辅助制造 (CAM) 也给制造业带来了革命性的变化，CPU 驱动的电脑系统帮助运行工业生产操作。CAM 利用 CPU 与生产操作之间存在的直接或间接联系来安排、控制和管理制造活动。

电信

电信业提供自己的支柱产品—通信技术设备，但也在重要方面为其他行业提供帮助。这些用例包括实现数字交易（针对金融服务业），以及通过精准功能和数据更新支持机器人手术来协助医疗保健。此外，CPU 对自动驾驶汽车的运行也至关重要，因为自动驾驶汽车需要依靠电信号进行导航。

现代 CPU 通常包含以下组件：

• 算术/逻辑单元 (ALU)：执行算术和逻辑运算，包括数学公式和逻辑比较。
• 总线：管理电脑系统内各组件之间的数据传输和数据流。
• 控制单元：使用密集型电路，通过发出电脉冲系统控制电脑系统，并指示系统执行高级电脑指令。
• 指令寄存器和指针：显示 CPU 将执行的下一个指令集的位置。
• 内存单元：管理内存使用情况以及 RAM 和 CPU 之间的数据流。主存储器单元负责监督高速缓冲存储器的处理。
• 寄存器：提供内置永久存储器，满足必须定期管理的持续、重复数据需求，无一例外。

要完全掌握 CPU 术语，了解以下概念很有帮助：

缓存：其位置允许用户快速访问最近使用过的数据的存储区域。高速缓冲存储器将数据存储在 CPU 处理器芯片内置的区域内，数据检索速度甚至比随机存取存储器 (RAM) 更快。

时钟速度：每个电脑时钟周期的活动速率。电脑内置的内部时钟可调节电脑的运行速度和频率。时钟通过传输电脉冲来管理 CPU 的电路。脉冲的传输速率称为"时钟速度"。

核心：处理器中的处理器。核心是读取和执行各种程序指令的处理单元。处理器可根据内嵌核心的多少进行分类，例如单核、双核和四核处理器。（“Intel Core”一词在商业上用于销售英特尔的多核 CPU 产品系列。）

线程：可编程指令的最短序列，操作系统的调度程序可对其进行管理，并将其发送至 CPU 进行处理。通过多线程（使用多个线程同时运行），各种电脑进程可以同时运行，从而支持多任务处理。（“超线程”是英特尔对其多线程形式的专有术语）。

Intel 和 Advanced Micro Devices (AMD) 是争夺这一超高利润市场控制权的两大公司：

Intel

通过四条产品线销售处理器和微处理器：Intel Core（高端产品线）、Intel Xeon（办公和商务用途）、Intel Pentium（个人电脑和笔记本电脑）和 Intel Celeron（低端、低成本个人计算用途）。

显然，不同的芯片最适合某些应用。Intel Core i5-13400F 是一款出色的台式机处理器，具有 10 个核心。但是，当涉及到视频编辑等处理密集型应用时，许多用户会选择 Intel Core i7 14700KF 20 核 28 线程 CPU。

Advanced Micro device (AMD)

销售两种类型的处理器和微处理器：CPU 和 APU（加速处理单元）。APU 是配备专有 Radeon 图形处理器的 CPU。AMD 为视频游戏市场生产高速、高性能的 Ryzen 处理器。例如，AMD Ryzen 7 5800X3D 采用了3D V-Cache 技术，有助于将游戏图形性能提升到新的高度。

Athlon 处理器曾被视为 AMD 的高端产品线，但现在 AMD 将其作为基本计算的替代产品。

Arm

Arm 不制造设备，而是将其有价值的处理器设计和/或其他专有技术出租给制造设备的其他公司。

对于通用计算，如运行 Windows 等操作系统和使用多媒体程序，大多数 AMD Ryzen 或 Intel Core 处理器都能处理相关的工作负载。

在未来几年中，一些切身问题将继续影响 CPU 的开发和用例：

增加 GPU 的使用：图形处理单元 (GPU)是一种电子电路，最初开发用于智能手机和视频游戏机。GPU 的用途在于提高处理速度，因此除了加速显卡之外，GPU 还被用于加密货币挖矿和神经网络训练等处理密集型工作。

微型化的驱动力：电脑硬件的发展史就是一部追求电脑处理器小型化的历史。早期的电脑需要巨大的地面空间和真空管。后来，随着晶体管的出现，CPU 的体积越来越小，效率越来越高。后来，电脑科学家发明了一种名为微处理器的中央处理器，它可以封装在一个小型集成电路芯片中。只要消费者和企业需要更强的处理能力和更快的速度，将处理器小型化的动力就会有增无减。

外围设备激增：外围设备有助于优化和增强计算功能。外围设备可以连接到电脑外部，包括键盘、鼠标、扫描仪和打印机等设备。我们期待看到更多的外设产品问世，以满足客户不断增长的需求。

可持续性问题：今后，耗电问题将变得越来越重要。随着能源成本的上升，企业将更加注重节能解决方案。当 CPU 的使用量大规模增加时，比如在超大规模数据中心，成千上万台相连的电脑昼夜不停地工作，所消耗的能源通常以千兆赫兹 (GHz) 为单位，这相当于村庄或小镇的全部能耗。

分析机构 Yole Intelligence 在其 2022-2028 年处理器收入预测中计算出，2022 年处理器市场总价值为 1540 亿美元。这一总数包括以下处理器部门及其各自的价值：

• 中央处理器 (CPU)：650 亿美元
• 应用处理单元 (APU)： 610 亿美元
• 图形处理单元 (GPU)： 220 亿美元
• SoC FPGA：26 亿美元（SoC FPGA 是 "片上系统现场可编程门阵列"的缩写，是将可编程逻辑集成到处理器核心中的半导体设备）。
• AI ASIC：15 亿美元（AI ASIC 是 "特定应用集成电路"的缩写，特别是与人工智能相关的集成电路）。
• 数据处理单元 (DPU)：6 亿美元

在 2028 年的预测中，您可以看到 Yole 专家对某些细分市场的增长预期，即 AI 和 DPU。根据这些数据，Yole 预计年增长率为 8%，预计 2028 年的总价值将达到 2,420 亿美元：

1. CPU：970 亿美元
2. APUs：650 亿美元
3. GPU：550 亿美元
4. AI ASIC：110 亿美元
5. DPUs：81 亿美元
6. SoC FPGA：52 亿美元

除了 AI ASIC 和 DPU 的市场大幅增长外，Yole Intelligence 的预测还显示，CPU 和 GPU 的同期增长几乎相同，分别为 320 亿美元和 330 亿美元。根据 Yole Intelligence 的预测，这些预测还表明了 CPU 的持续核心地位，因为这一类别目前领先于所有其他类别，并将在未来继续保持这一地位。

目前有超过 2,000 亿个 CPU 在运行，因此有理由认为 CPU 将继续存在--很有可能成为人类未来生活的永久组成部分。但可以肯定的是，CPU 将继续得到进一步的开发和改进，以最大限度地发挥其在高性能系统及其运行的图形丰富的新电脑程序中的作用。

因此，在购买实现计算目标所需的相关设备时进行明智的投资才是明智之举。拥有能与现代 CPU 保持同步的硬件非常重要。IBM 服务器除了具有强大的功能外，还具有灵活性，因此您可以获得现在所需的处理能力，并为将来的发展留有余地。