什么是硬件加速? 电脑硬件加速开启时机和优缺点分析

计算机软件都依赖硬件运行，既然硬件已经在工作，为什么又有「硬件加速」呢？事实上，「硬件加速」特指利用专门的硬件来提高某些任务的执行效率，这样会比常规的软件处理更高效。

硬件加速是如何工作的？

硬件加速是一种计算方式，通过专用硬件单元来处理特定任务，以实现超越通用硬件的速度。简单来说，其核心理念相当于「正确的人做正确的事」。对于某些任务，专用硬件的介入可以显著提升处理效率。

以 GPU 为例，尽管 CPU 能完成所有 GPU 的数学运算，但 GPU 在处理速度上却具有无可比拟的绝对优势，尤其是在复杂的实时 3D 图形渲染方面。

在当前的计算机和移动设备中，硬件加速常见于视频编解码领域。许多设备都搭载了专门的视频处理芯片，这些芯片在加工视频数据时，不仅速度更快，而且比起完全依赖 CPU，还能显著降低能耗。

即便在 CPU 和 GPU 这样的大型处理器中，也常常内嵌了为特定任务优化的特殊区域。例如，NVIDIA 的 RTX 显卡就内置了专门为光线追踪和 AI 任务设计的 GPU 部件。

为什么硬件加速更加高效？

硬件加速之所以能提供更快的处理速度，关键在于其专业化的设计。CPU 虽然能处理多种任务，但并非专精于所有任务类型。它的设计宗旨是执行所有可能的二进制计算操作，这种通用性不可避免地会牺牲某些特定任务的效率。

举个简单的例子，让理科生来执行数学运算，肯定不如让应用数学专业的学生来得给力。通过专注于有限的问题集，可以实现更快、更高效的处理。

专用硬件如 GPU、视频编解码器等，都是针对特定任务设计的。它们的内部电路优化了特定的算法和计算模式，对于擅长的任务，可以比 CPU 更迅速地完成。

例如，GPU 在执行大量并行计算时极为高效，非常适合图形渲染和数据密集型的科学计算任务。视频编解码器则专门设计用于快速压缩和解压视频流，而这些任务用 CPU 来做就相对缓慢。因此，在进行这些特定任务时，启用硬件加速能极大提升性能。

硬件加速的局限与挑战

尽管硬件加速在特定领域能极大提高性能，但也存在一些局限：

• 灵活性牺牲：专用硬件的设计是针对的特定任务或一组相关任务，这就意味着它们无法处理与设计目标不同的任务。因此，强大的专用协处理器无法取代通用 CPU 的核心地位。
• 处理流程受限：专用硬件将用户限制在固定的处理流程中。例如，ASIC 在特定算法的加密货币挖掘中效率极高，但面对不同算法时则无能为力。特定加密货币的市场崩溃可能会让这些硬件失去价值。
• 技术更新迭代：随着技术不断进步，新标准和协议层出不穷。旧设备可能只支持有限的视频编码格式，而无法处理新格式，这就需要用户更新硬件以适应新技术。
• 性能权衡：在设计微架构时，设计师需在芯片面积限制下平衡不同功能的专用硬件。例如，NVIDIA RTX 显卡为了获得光线追踪功能，牺牲了部分通用 GPU 能力，这可能会影响其他任务的性能。
• 兼容性挑战：在某些情况下，如游戏《心灵杀手 2》中的网格着色器功能，如果用户显卡不支持，可能会严重影响游戏性能。这就需要用户升级硬件以获得最佳体验。

综上所述，硬件加速虽然增强了特定的计算能力，但同时也带来了灵活性、兼容性和适应未来技术的挑战。芯片设计师和用户都需要在专用性能和通用性之间找到平衡点。

启用硬件加速的考量

通常情况下，硬件加速能够带来显著的性能提升。在多数情况下，如果系统或应用程序提供了硬件加速选项，建议启用它。尤其是那些对处理时间敏感的任务，如内容创作领域的视频编辑与渲染，启用硬件加速可以大幅缩短工作时间，时间成本的节省直接关乎经济效益。

但在某些情况下，硬件加速可能并非最优选择，以下几种情况可能需要关闭硬件加速：

• 应用程序稳定性：如果启用硬件加速后，应用程序出现崩溃或不稳定现象，尤其是在某些 Web 浏览器中，关闭硬件加速可能有助于提升稳定性。
• 输出质量考虑：尽管硬件加速能提高处理速度，但在特定情况下，可能会牺牲掉输出质量。如果对输出质量有极高要求，可能需要选择更慢的软件处理方式。

总体而言，硬件加速是一个有力的工具，但并不是在所有情况下都是最优解。在决定是否启用硬件加速时，应该根据实际情况和任务需求进行综合考量。如果没有遇到质量或稳定性问题，启用硬件加速通常是明智的选择。然而，如果遇到问题，或者任务对精度要求极高，可能需要考虑禁用硬件加速，希望大家喜欢，请继续关注科技号。