xPU都是些什么？

nolita

▍APU
Accelerated Processing Unit。目前还没有 AI 公司将自己的处理器命名为 APU，因为 AMD 早就用过 APU 这个名字了。APU 是 AMD 的一个处理器品牌。AMD 在一颗芯片上集成传统 CPU 和图形处理器 GPU，这样主板上将不再需要北桥，任务可以灵活地在 CPU 和 GPU 间分配。AMD 将这种异构结构称为加速处理单元，即 APU。$
' P/ T0 w: m' P( N' o/ h
5 {3 g( D2 v9 C' \- S2 c$ }Audio Processing Unit。声音处理器，顾名思义，处理声音数据的专用处理器。不多说，生产 APU 的芯片商有好多家。声卡里都有。

4 i0 m6 b8 \. v▍BPU

Brain Processing Unit。地平线机器人（Horizon Robotics）以 BPU 来命名自家的 AI 芯片。相比于国内外其他 AI 芯片 start-up 公司，地平线的第一代 BPU 走的相对保守的 TSMC 的 40nm 工艺。BPU 已经被地平线申请了注册商标，其他公司就别打 BPU 的主意了。0 M

▍CPU

' G4 B1 Z5 _' U$ v1 y- M+ j上文也进行了详细的介绍。也不会有 AI 公司将自己的处理器命名为 CPU 的。不过，CPU 与 AI 处理器并不冲突。;

▍DPU
* f  R, |) }$ ?
Deep-Learning Processing Unit。深度学习处理器。创立于 2010 年的 wave computing 公司将其开发的深度学习加速处理器称为 Dataflow Processing Unit(DPU)，应用于数据中心。) V5 W) Z
▍EPU2

Emotion Processing Unit伴随机情绪机器人而生，可以让机器人具有情绪。从官方渠道消息看，EPU 本身并不复杂，也不需要做任务量巨大的神经网络计算，是基于 mcu 的芯片。
% z# _+ G( z* c/ M0 _5 Y  Y( V" ~9 j' K
: m) ~5 E( h( z▍FPU- x, K. z5 q; h( R4 }" U, G

; Y8 t# b4 Z. A  ]1 B

1 ?7 c: z  X. ~* M: a$ T$ ]& _! s0 g1 u' H
Floating Point Unit。浮点单元，不多做解释了。现在高性能的 CPU、DSP、GPU 内都集成了 FPU 做浮点运算。
9 a% ]) Y" N6 }
8 `* ?; a. D6 A7 E▍GPU0 }; t& o3 t+ h" j/ h- ]) @% ~7 K) U


- x! s5 X) Y- D4 f- r* [
( n9 \* j1 t7 v$ L' P. K- K2 J" A
8 Y" \3 z' k- B2 {1 p9 k& C% I' ZGraphics Processing Unit。图形处理器。GPU 原来最大的需求来自 PC 市场上各类游戏对图形处理的需求。但是随着移动设备的升级，在移动端也逐渐发展起来。

+ C( L6 o( ~1 u, |( B: O2 \▍HPU
5 g- x- P7 _  g& d* ?6 p' n7 F
, ]$ M9 B( A% X+ q" C1 r5 ?. }: L& [( X
% ~6 }0 R* o7 s0 V* ^& q" ^' \: _8 |1 ^- W
  Q  X7 E  I; ?5 k, |
# h( E; k/ u* I! qHolographic Processing Unit。全息处理器。Microsoft 专为自家 Hololens 应用开发的。3 i) [( I) ^3 v) L
* Z' S. f0 w6 I8 @
( L/ s, v. ^. U4 C* V▍IPU. f2 d2 H' m1 Z4 D6 q

% t: p# Z7 Q0 Z

8 g: N( l. {6 h- b: v/ n
' N7 N9 z3 z: t5 C! H2 ]! JIntelligence Processing Unit。智能处理器。以 IPU 命名芯片的有两家公司——Graphcore和Mythic。; @( i& ?  n5 s& K6 k& O! C

Image Cognition Processor。图像认知处理器 ICP，加拿大公司 CogniVue 开发的用于视觉处理和图像认知的 IP。2 `0 w: v4 C+ T

, e6 D" O; l+ D, w: p9 x0 S3 z+ QImage Processing Unit。图像处理器。一些 SOC 芯片中将处理静态图像的模块称为 IPU。但是，IPU 不是一个常用的缩写，更常见的处理图像信号的处理器的缩写为下面的 ISP。1 w) _! e, J! v3 w
0 n8 Y# o) v) P: [0 H0 _% Y. h* L( U
$ ~8 o/ y/ e5 \- i; iImage Signal Processor。图像信号处理器。这个话题也不是一个小话题。ISP 的功能，简单的来说就是处理 camera 等摄像设备的输出信号，实现降噪、Demosaicing、HDR、色彩管理等功能。
6 y4 h3 E2 C- L7 h& P2 I5 Z
  s8 u( C5 p% y8 K& U! x▍KPU5 A8 B7 l6 Y7 s, w
8 o  s5 E- ^4 R. a, H, t- I2 C8 ~
0 y9 A* f: _' q5 ~
7 r9 o; s+ i- y7 F2 S% W' N% F# d
" F& {' j- Q; S: c! W1 `+ k* y" K8 |8 C5 l
Knowledge Processing Unit。嘉楠耘智（canaan）号称 2017 年将发布自己的 AI 芯片 KPU。嘉楠耘智要在 KPU 单一芯片中集成人工神经网络和高性能处理器，主要提供异构、实时、离线的人工智能应用服务。这又是一家向 AI 领域扩张的不差钱的矿机公司。作为一家做矿机芯片（自称是区块链专用芯片）和矿机的公司，嘉楠耘智累计获得近 3 亿元融资，估值近 33 亿人民币。据说嘉楠耘智近期将启动股改并推进 IPO。

3 Z4 n) L% w0 f& {2 X- P另：Knowledge Processing Unit 这个词并不是嘉楠耘智第一个提出来的，早在 10 年前就已经有论文和书籍讲到这个词汇了。只是，现在嘉楠耘智将 KPU 申请了注册商标。" C: e$ y" B5 B% x

2 |3 I4 v1 V  R' s- t▍MPU

; z3 w* \7 Q, G: V* G; L- k# k( h9 Y9 @

+ m4 a# S" K) Z$ e$ b% k
9 S& ^9 D2 g6 w; uMicro Processing Unit。微处理器。MPU，CPU，MCU，这三个概念差不多，知道就行了。. |1 M* b  H$ F5 P- |9 U
1 y: A9 T8 n7 }  ]# B( j
Mind Processing Unit。意念处理器，听起来不错。「解读脑电波」，「意念交流」，永恒的科幻话题。如果采集大量人类「思考」的脑电波数据，通过深度学习，再加上强大的意念处理器 MPU，不知道能否成为 mind-reader。如果道德伦理上无法接受，先了解一下家里宠物猫宠物狗的「想法」也是可以的吗。再进一步，从 mind-reader 发展为 mind-writer，持续升级之后，是不是就可以成为冰与火中的 Skinchanger？
+ ?+ R& ^& x3 F7 E& D8 Z4 {4 C
3 X! q$ i6 s: H3 k- V( X▍NPU  E% N& ?( P) H4 M8 k$ W

$ V3 C* C) H( }, C5 b$ P4 f5 p& }9 P& M) X, g8 d
, U8 A3 P, J, Y  _
# Z/ j/ H4 |  S: L, B" B/ m6 X6 T( O+ H1 M' h! J
2 o: E  \, r4 q  }* ]; v0 MNeural-Network Processing Unit。与 GPU 类似，神经网络处理器 NPU 已经成为了一个通用名词，而非某家公司的专用缩写。由于神经网络计算的类型和计算量与传统计算的区别，导致在进行 NN 计算的时候，传统 CPU、DSP 甚至 GPU 都有算力、性能、能效等方面的不足，所以激发了专为 NN 计算而设计 NPU 的需求。这里罗列几个以 NPU 名义发布过产品的公司，以及几个学术圈的神经网络加速器。3 ~! {0 g& `2 M6 T( X( B: t1 @
7 T8 U+ k8 [4 P. Q. V& C1 Z
▍OPU

0 I4 A8 [6 `' J+ E, }6 Q
8 |' f# \$ A7 Z

" ^0 F$ n$ A- J9 Y" KOptical-Flow Processing Unit。光流处理器。有需要用专门的芯片来实现光流算法吗？不知道，但是，用 ASIC IP 来做加速应该是要的。% _( W! P" m1 G$ t
7 b5 t( v6 S# Q8 q8 @( _5 g
▍PPU* u7 e8 _; }$ l3 A0 ~7 D

3 d9 Y: {% D) @- Y

7 T  h  T1 U  L' B$ U) V9 G
Physical Processing Unit。物理处理器。要先解释一下物理运算，就知道物理处理器是做什么的了。物理计算，就是模拟一个物体在真实世界中应该符合的物理定律。具体的说，可以使虚拟世界中的物体运动符合真实世界的物理定律，可以使游戏中的物体行为更加真实，例如布料模拟、毛发模拟、碰撞侦测、流体力学模拟等。开发物理计算引擎的公司有那么几家，使用 CPU 来完成物理计算，支持多种平台。但是，Ageia 应该是唯一一个使用专用芯片来加速物理计算的公司。Ageia 于 2006 年发布了 PPU 芯片 PhysX，还发布了基于 PPU 的物理加速卡，同时提供 SDK 给游戏开发者。2008 年被 NVIDIA 收购后，PhysX 加速卡产品被逐渐取消，现在物理计算的加速功能由 NVIDIA 的 GPU 实现，PhysX SDK 被 NVIDIA 重新打造。
* s5 U2 Q! G9 }' `' P% w9 e+ S6 _4 f
▍QPU

+ p; A  ?: E- ^
  J: L" W3 `. x7 V" z6 x! h  r4 e- Y+ f- e. ~9 V' {
7 I: ~0 V0 d0 [2 A( _8 O
. S) p  H8 ^- Y9 |" P3 TQuantum Processing Unit。量子处理器。量子计算机也是近几年比较火的研究方向。作者承认在这方面所知甚少。可以关注这家成立于 1999 年的公司 D-Wave System。DWave 大概每两年可以将其 QPU 上的量子位个数翻倍一次。

▍RPU) s6 f6 w" ?5 H3 @  \

1 k. R2 s) n  t6 `( z

' x7 I8 I0 l9 Y! t- _( B
Resistive Processing Unit。阻抗处理单元 RPU。这是 IBM Watson Research Center 的研究人员提出的概念，真的是个处理单元，而不是处理器。RPU 可以同时实现存储和计算。利用 RPU 阵列，IBM 研究人员可以实现 80TOPS/s/W 的性能。( V# H5 j2 J. v3 w
1 z0 M& v$ B2 Z- d' m7 o3 K* O+ u, l* a! U& \
Ray-tracing Processing Unit。光线追踪处理器。Ray tracing 是计算机图形学中的一种渲染算法，RPU 是为加速其中的数据计算而开发的加速器。现在这些计算都是 GPU 的事情了。
2 R1 `- f. K, V9 w5 X' f
/ s1 E2 o9 @# m4 ~. f▍SPU
8 X9 [0 u/ d3 P6 L; z6 b3 R8 [! ?# g; @5 e1 Q0 r
7 F* b+ T2 d$ x# Q( a! X) }
# f& L5 b) _% F$ \9 S- B
0 d9 M; K. h. p" U1 b" m8 I2 d) \# U6 C! l% A4 X
: V- @1 j! L9 S- Q8 mStreaming Processing Unit。流处理器。流处理器的概念比较早了，是用于处理视频数据流的单元，一开始出现在显卡芯片的结构里。可以说，GPU 就是一种流处理器。甚至，还曾经存在过一家名字为「Streaming Processor Inc」的公司，2004 年创立，2009 年，随着创始人兼董事长被挖去 NVIDIA 当首席科学家，SPI 关闭。: E5 t% W( m3 c/ I0 T

Speech-Recognition Processing Unit。语音识别处理器，SPU 或 SRPU。这个缩写还没有公司拿来使用。现在的语音识别和语义理解主要是在云端实现的，比如科大讯飞。科大讯飞最近推出了一个翻译机，可以将语音传回云端，做实时翻译，内部硬件没有去专门了解。和语音识别相关的芯片如下。& [# n& g+ P% j, }
3 ]! s5 ^9 C+ ^7 K, O1 n0 m2 o; W5 ^0 A7 x* j
Space Processing Unit。空间处理器。全景摄像，全息成像，这些还都是处理我们的生活空间。当面对广阔的太阳系、银河系这些宇宙空间，是不是需要新的更强大的专用处理器呢？飞向 M31 仙女座星系，对抗黑暗武士，只靠 x86 估计是不行的。. M/ c' a  e4 `  R0 Z
: ?! R$ L" V4 j$ ~
# v: P. k( b! Q( e▍TPU
0 G7 v+ F3 I4 N4 @
, e# L+ q/ E& n$ l7 o$ }4 [


Tensor Processing Unit。Google 的张量处理器。2016 年 AlphaGo 打败李世石，2017 年 AlphaGo 打败柯洁，两次人工智能催化事件给芯片行业带来的冲击无疑就是 TPU 的出现和解密。Google 在 2017 年 5 月的开发者 I/O 大会上正式公布了 TPU2，又称 Cloud TPU。- b+ X* n; f/ P) o) |$ y
5 a% r6 J& ^, q2 I+ f8 p
( I' D, x9 V, R/ w3 E" p7 H& F- x, e6 P+ f0 r' D  n! ^
( ]/ ^) z4 V# _▍UPU- ~1 C; T& j) B' G* E& k" M
1 J: q8 U2 P) `6 q' y, E! D
7 \) s/ ]9 n" j( N1 j# a  \, B1 Z. w- t4 k+ m/ E
6 u$ V+ M2 I% m( n8 t) w

6 ]% x3 G2 P$ m0 B) V5 z; oUniverse Processing Unit。宇宙处理器。和 Space Processing Unit 相比，你更喜欢哪个？
* S2 h: [4 Q) ^1 ]- q: P9 v
% a2 }3 k6 P! z! g  U  x, H▍VPU# D0 w: N" L3 I/ c" [- O" w* L
- V5 N" g1 ]' b
  w& U. E9 M) Z# j3 |+ x" Y% [3 a+ C, K# I! i# n6 D
- f2 X; \2 x1 b5 j1 x

Vision Processing Unit。视觉处理器 VPU 也有希望成为通用名词。作为现今最火热的 AI 应用领域，计算机视觉的发展的确能给用户带来前所未有的体验。为了处理计算机视觉应用中遇到的超大计算量，多家公司正在为此设计专门的 VPU。  d9 l- w! B0 }1 i* t/ t
# F2 d; R+ P, M6 [* N
0 y& p  I$ g6 T( nVisual Processing Unit。
( T8 R* [! m8 M* |5 ^8 A/ {+ q9 I1 t; t2 j
( p; [! G/ l% B  Z$ P4 h* bVideo Processing Unit。视频处理器。处理动态视频而不是图像，例如进行实时编解码。- A% F& K7 |' E- G8 @3 @
& X$ L  P: N( l5 @6 ~
Vector Processing Unit。向量处理器。标量处理器、向量处理器、张量处理器，这是以处理器处理的数据类型进行的划分。1 X% V  R* K% w% H' ?  k9 V6 o0 F+ r
+ `/ p7 `2 Z) D1 `' D# D, p" b9 W: {" I6 i& S
▍WPU
. r& v/ i& R2 }4 C! W6 c


1 A4 g% W4 T0 S/ \; A- A
. J; I" X# M' ?. g- TWearable Processing Unit。一家印度公司 Ineda Systems 在 2014 年大肆宣传了一下他们针对 IoT 市场推出的 WPU 概念，获得了高通和三星的注资。Ineda Systems 研发的这款「Dhanush WPU」分为四个级别，可适应普通级别到高端级别的可穿戴设备的运算需求，可以让可穿戴设备的电池达到 30 天的持续续航、减少 10x 倍的能耗。但是，一切似乎在 2015 年戛然而止，没有了任何消息。只在主页的最下端有文字显示，Ineda 将 WPU 申请了注册商标。
) t+ u# Z9 R6 k8 e* C
0 P5 I! s7 }- V1 s- ^. c, i- HWisdom Processing Unit。智慧处理器。
2 U/ l) F$ r  z: |* f4 {/ s* B
4 F6 {3 |: l5 P! x) u& _▍ZPU
4 [6 e& c$ v9 Q

  K; q4 v& D1 R+ `" d
Zylin CPU。挪威公司 Zylin 的 CPU 的名字。为了在资源有限的 FPGA 上能拥有一个灵活的微处理器，Zylin 开发了 ZPU。ZPU 是一种 stack machine（堆栈结构机器），指令没有操作数，代码量很小，并有 GCC 工具链支持，被称为「The worlds smallest 32 bit CPU with GCC toolchain」。Zylin 在 2008 年将 ZPU 在 opencores 上开源。有组织还将 Arduino 的开发环境进行了修改给 ZPU 用。