計算機軟件都依賴硬件運行，既然硬件已經(jīng)在工作，為什么又有「硬件加速」呢？事實上，「硬件加速」特指利用專門的硬件來提高某些任務(wù)的執(zhí)行效率，這樣會比常規(guī)的軟件處理更高效。

硬件加速是如何工作的？

硬件加速是一種計算方式，通過專用硬件單元來處理特定任務(wù)，以實現(xiàn)超越通用硬件的速度。簡單來說，其核心理念相當(dāng)于「正確的人做正確的事」。對于某些任務(wù)，專用硬件的介入可以顯著提升處理效率。

以 GPU 為例，盡管 CPU 能完成所有 GPU 的數(shù)學(xué)運算，但 GPU 在處理速度上卻具有無可比擬的絕對優(yōu)勢，尤其是在復(fù)雜的實時 3D 圖形渲染方面。

在當(dāng)前的計算機和移動設(shè)備中，硬件加速常見于視頻編解碼領(lǐng)域。許多設(shè)備都搭載了專門的視頻處理芯片，這些芯片在加工視頻數(shù)據(jù)時，不僅速度更快，而且比起完全依賴 CPU，還能顯著降低能耗。

即便在 CPU 和 GPU 這樣的大型處理器中，也常常內(nèi)嵌了為特定任務(wù)優(yōu)化的特殊區(qū)域。例如，NVIDIA 的 RTX 顯卡就內(nèi)置了專門為光線追蹤和 AI 任務(wù)設(shè)計的 GPU 部件。

為什么硬件加速更加高效？

硬件加速之所以能提供更快的處理速度，關(guān)鍵在于其專業(yè)化的設(shè)計。CPU 雖然能處理多種任務(wù)，但并非專精于所有任務(wù)類型。它的設(shè)計宗旨是執(zhí)行所有可能的二進(jìn)制計算操作，這種通用性不可避免地會犧牲某些特定任務(wù)的效率。

舉個簡單的例子，讓理科生來執(zhí)行數(shù)學(xué)運算，肯定不如讓應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生來得給力。通過專注于有限的問題集，可以實現(xiàn)更快、更高效的處理。

專用硬件如 GPU、視頻編解碼器等，都是針對特定任務(wù)設(shè)計的。它們的內(nèi)部電路優(yōu)化了特定的算法和計算模式，對于擅長的任務(wù)，可以比 CPU 更迅速地完成。

例如，GPU 在執(zhí)行大量并行計算時極為高效，非常適合圖形渲染和數(shù)據(jù)密集型的科學(xué)計算任務(wù)。視頻編解碼器則專門設(shè)計用于快速壓縮和解壓視頻流，而這些任務(wù)用 CPU 來做就相對緩慢。因此，在進(jìn)行這些特定任務(wù)時，啟用硬件加速能極大提升性能。

硬件加速的局限與挑戰(zhàn)

盡管硬件加速在特定領(lǐng)域能極大提高性能，但也存在一些局限：

• 靈活性犧牲：專用硬件的設(shè)計是針對的特定任務(wù)或一組相關(guān)任務(wù)，這就意味著它們無法處理與設(shè)計目標(biāo)不同的任務(wù)。因此，強大的專用協(xié)處理器無法取代通用 CPU 的核心地位。
• 處理流程受限：專用硬件將用戶限制在固定的處理流程中。例如，ASIC 在特定算法的加密貨幣挖掘中效率極高，但面對不同算法時則無能為力。特定加密貨幣的市場崩潰可能會讓這些硬件失去價值。
• 技術(shù)更新迭代：隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，新標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議層出不窮。舊設(shè)備可能只支持有限的視頻編碼格式，而無法處理新格式，這就需要用戶更新硬件以適應(yīng)新技術(shù)。
• 性能權(quán)衡：在設(shè)計微架構(gòu)時，設(shè)計師需在芯片面積限制下平衡不同功能的專用硬件。例如，NVIDIA RTX 顯卡為了獲得光線追蹤功能，犧牲了部分通用 GPU 能力，這可能會影響其他任務(wù)的性能。
• 兼容性挑戰(zhàn)：在某些情況下，如游戲《心靈殺手 2》中的網(wǎng)格著色器功能，如果用戶顯卡不支持，可能會嚴(yán)重影響游戲性能。這就需要用戶升級硬件以獲得最佳體驗。

綜上所述，硬件加速雖然增強了特定的計算能力，但同時也帶來了靈活性、兼容性和適應(yīng)未來技術(shù)的挑戰(zhàn)。芯片設(shè)計師和用戶都需要在專用性能和通用性之間找到平衡點。

啟用硬件加速的考量

通常情況下，硬件加速能夠帶來顯著的性能提升。在多數(shù)情況下，如果系統(tǒng)或應(yīng)用程序提供了硬件加速選項，建議啟用它。尤其是那些對處理時間敏感的任務(wù)，如內(nèi)容創(chuàng)作領(lǐng)域的視頻編輯與渲染，啟用硬件加速可以大幅縮短工作時間，時間成本的節(jié)省直接關(guān)乎經(jīng)濟效益。

但在某些情況下，硬件加速可能并非最優(yōu)選擇，以下幾種情況可能需要關(guān)閉硬件加速：

• 應(yīng)用程序穩(wěn)定性：如果啟用硬件加速后，應(yīng)用程序出現(xiàn)崩潰或不穩(wěn)定現(xiàn)象，尤其是在某些 Web 瀏覽器中，關(guān)閉硬件加速可能有助于提升穩(wěn)定性。
• 輸出質(zhì)量考慮：盡管硬件加速能提高處理速度，但在特定情況下，可能會犧牲掉輸出質(zhì)量。如果對輸出質(zhì)量有極高要求，可能需要選擇更慢的軟件處理方式。

總體而言，硬件加速是一個有力的工具，但并不是在所有情況下都是最優(yōu)解。在決定是否啟用硬件加速時，應(yīng)該根據(jù)實際情況和任務(wù)需求進(jìn)行綜合考量。如果沒有遇到質(zhì)量或穩(wěn)定性問題，啟用硬件加速通常是明智的選擇。然而，如果遇到問題，或者任務(wù)對精度要求極高，可能需要考慮禁用硬件加速，希望大家喜歡，請繼續(xù)關(guān)注我們。