深入了解浮点运算——CPU 和 GPU 算力是如何计算的

如题所述


在数字经济的浪潮中,算力作为生产力的引擎,其提升直接影响着网页加载速度、游戏流畅度,乃至经济增长的步伐。衡量算力的基石是FLOPS,从KFLOPS到EFLOPS,这代表了计算机处理数值计算和任务的速度能力。浮点运算,尤其是科学计数法中的转换,如0.125转为二进制浮点数0.000001,是理解这一计算能力的关键。


算力的效率和科技的演进密切相关。在数字经济的推动下,对算力的投资不仅直接促进经济产出,还驱动着创新的火花。要理解浮点运算,首先要知道衡量单位FLOPS,它衡量的是计算机处理小数计算的效率。例如,0.125在二进制浮点表示中为0.000001,这个概念在计算机存储中体现得淋漓尽致。


IEEE 754标准为我们提供了浮点数格式的框架,包括单精度(FP32,32位,单字节)、双精度(FP64,64位,8字节)和扩展精度。单精度适合日常计算,提供了15-16位的有效数字,适用于对精度要求不高的场景。而双精度(如0.125在二进制中为0011111110000100000000000000000000000000000000000000000)则因其高精度和广范围,如在科学、工程、金融和高性能计算中的应用而备受青睐,尽管存储和计算成本较高。


在处理效率与精度之间,我们有单精度(0.125的表示:0 01111100 00100000000000000000000)与双精度(0.125表示:0 01111111100 0010000000000000000000000000000000000000000000000000)的抉择。在CPU方面,例如Intel Xeon Platinum 8280的双精度性能达到2.4192TFLOPS,核心数、频率和浮点计算能力共同决定了其强大的算力。GPU,如NVIDIA V100,拥有2560个FP64核心和1.530GHz主频,其浮点运算能力同样强劲。


GPU双精度运算的威力


单个GPU核心的双精度浮点运算能力为每周期2 FLOPS乘以1.530 GHz,即3.060 TFLOPS。整体来看,NVIDIA Volta V100的2560个核心能提供7.833 TFLOPS的运算力(理论值,实际性能受内存带宽和功耗影响)。



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