“豆包手机”自动点外卖？幕后功臣竟是它！| 科学世界·特辑

你的下一台手机，不一定需要屏幕......

近日，豆包手机一经发布，便引起了极大关注。在官方发布的演示视频中，用户只需要发出“帮我把这瓶洗发水全平台比个价，选个最便宜的下单”的指令，手机就能在几分钟内完成各大购物平台搜索商品-比价-加入购物车-跳转结算页面的全流程操作。这波操作让人直呼“未来已来”。

图源：豆包手机助手官方视频

你是不是也在好奇，豆包手机是如何“看到”我们的手机屏幕，并精准点击每一个按键的？这波丝滑操作的核心，就藏在当下最火的半导体产品——GPU里。

先搞懂：GPU是什么？

GPU，即图形处理单元，是一种专门用于处理计算机在屏幕（显示器）上显示图像的装置。

与GPU名称类似的半导体有CPU。CPU可以被视为计算机的大脑或指挥中心，其主要功能是控制计算机内部各类设备运行，并处理各种数据。在早期，计算机的图像处理任务完全由CPU承担。然而，进入20世纪90年代后，随着电脑游戏等的快速发展，所需显示的图像变得日益精细，仅靠CPU已难以满足实时处理的需求。

20世纪90年代，专为图像处理设计的GPU应运而生。GPU通过与CPU协同工作，能够高效处理显示在屏幕上的图像，从而确保画面流畅呈现。如今你能在电脑上流畅地玩“3A大作”，全靠GPU在背后发力。

CPU转不过来了？GPU顶上！

现代大多数半导体中采用了一种名为“金属-氧化物-半导体场效应晶体管”（MOSFET）的晶体管类型。这种晶体管自20世纪60年代开发以来，凭借体积小、功耗低以及运行速度快等优越性能，逐渐成为集成电路的核心组成部件。

就是这玩意，经常拆电脑的朋友应该都见过

CPU和GPU均由微小的MOSFET组成的集成电路（IC）构成。然而，由于它们的用途不同，其结构设计也存在显著差异。其中，最显著的区别体现在“核心”的数量上。

在CPU和GPU中，负责执行程序等计算任务的单元被称为“核心”。当设备仅配备一个核心时，如果某个程序的处理尚未完成，就无法开始处理下一个程序。然而，若设备拥有多个核心，则可以在每个核心上同时运行不同的程序，从而实现“并行处理”。在核心的处理能力（计算速度）相同的情况下，核心数量的增加通常会显著提升整体的处理能力。

目前市面上销售的CPU通常配备数个至数十个核心，而GPU的核心数则往往超过数千个，规模极其庞大。

尽管如此，核心数的多寡并不能直接决定GPU的处理能力（计算速度）是否优于CPU。因为从单个核心的性能来看，CPU的核心通常具备更强的处理能力，尤其在应对复杂计算任务时表现更为出色。

核心数较多的GPU在处理大量简单计算时表现出色，这主要得益于其并行处理的能力。计算机的图像处理过程可以理解为计算如何改变屏幕（显示器）上每一个像素的颜色。

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如图上所示，计算机屏幕由无数小点（像素）组成。这些像素共同构成了屏幕的整体显示效果。为了实现屏幕显示的平滑过渡，需要并行计算每个像素的颜色变化，从而确保画面呈现出流畅且细腻的视觉效果。

尽管每个像素的颜色变化计算相对简单，但由于像素数量极为庞大，为了实现流畅的图像显示，必须同时进行大量相对简单的计算，也就是说，需要进行并行处理。

不止看图，它还是AI的“大脑”

GPU之所以备受关注，是因为它已成为人工智能（AI）计算中不可或缺的核心组件。随着AI技术的迅猛发展，全球范围内对GPU的需求呈现出快速增长的态势。与此同时，在GPU开发和制造领域占据领先地位的美国公司英伟达，其股价也随之大幅上涨。2024年6月，英伟达的市值超过3.33万亿美元（约24万亿元人民币），超越了微软和苹果（均为美国企业），跃居全球第一，充分体现了其在行业中的主导地位。

正如前文所述，GPU的优势在于能够同时处理大量相对简单的计算任务。而事实上，AI所需的计算正是这种类型，即同时进行大量简单计算的操作。

近年来，AI技术采用了一种被称为“深度学习”（deep learning）的方法。在这一方法中，计算机程序通过模仿人类大脑中神经元网络的结构，构建出所谓的“人工神经网络”。

近年来，AI广泛采用如上所述的人工神经网络来执行多种处理任务。在人工神经网络中，大量人工神经元能够并行地交换信号，这种计算方式与GPU在并行处理方面的优势高度契合。

人工神经网络由多个层次组成，每一层包含大量人工神经元。通过与相邻层的人工神经元交换信号，AI得以实现诸如图像识别和翻译等多种功能。在这些人工神经元之间，大量信号以并行的方式同时交换。GPU因其在并行处理方面的优势，成为最适合处理这些信号的计算硬件。

应用于AI计算等非传统图像处理领域的GPU被称为“通用图形处理器”（GPGPU）。近年来，GPU之所以备受关注，可以说与GPGPU技术的迅速发展密切相关。

不止是GPU，我们身边的“智能”产品无一例外地都使用了半导体，比如数码相机的镜头、存储数据的U盘、计算机的芯片......

半导体为何能在众多材料中脱颖而出，成为如此关键的存在？究竟什么是半导体？

答案尽在《科学世界》2025年特辑部分——《全面图解半导体》！