当只有内存很重要时，为什么 CPU 的计算速度比 GPU 慢？

Question

现代 CPU 的 ethash 哈希率低于 1MH/s（来源：https://ethereum.stackexchange.com/questions/2325/is-cpu-mining-even-worth-the-ether），而 GPU 可以轻松地以超过 20MH/s 的速度进行挖掘。借助超频内存，它们的速率最高可达 30MH/s。

GPU 具有时钟频率约为 1000MHz 的 GDDR 内存，而 DDR4 以更高的时钟速度运行。 DDR4 的带宽似乎也更高（来源：http://www.corsair.com/en-eu/blog/2014/september/ddr3_vs_ddr4_synthetic 和 https://en.wikipedia.org/wiki/GDDR5_SDRAM）

据说对于 Dagger-Hashimoto/ethash 内存带宽是最重要的事情（也经历过超频 GPU），我认为这是合理的，因为 CPU/GPU 只需执行 2x sha3 (1x Keccak256 + 1x Keccak512) 操作（来源：https://github.com/ethereum/wiki/wiki/Ethash#main-loop）。

现代 Skylake 处理器每秒可以计算超过 100M 的 Keccak512 操作（参见此处：https://www.cryptopp.com/benchmarks.html），因此 GPU 和 CPU 之间的核心数量差异应该不是问题。

但是为什么我们不能从 2xKeccak 操作和 CPU 上的内存加载中获得大约 50Mhash/s？

Answer 1

我发现一篇文章解决了我的问题（内存对算法的影响）。

这不仅是计算问题（这里提到：https://stackoverflow.com/a/48687460/2298744），还有内存带宽问题，它会成为 CPU 的瓶颈。

如文章中所述，每轮获取 8kb 数据进行计算。这导致以下公式：

（内存带宽）/（每个哈希获取的 DAG 内存）= 最大理论哈希率

（内存带宽）/（8kb / 哈希）=最大理论哈希率

对于像提到的 RX470 这样的显卡，这会导致：

（211 GB/秒）/（8 千字节/哈希）= ~26Mhashes/秒

对于采用 DDR4 的 CPU，这将导致：

(12.8GB / 秒) / (8 KB / 哈希) = ~1.6Mhashes/秒

或（取决于 RAM 的时钟速度）

（25.6GB / 秒）/（8 KB / 哈希）= ~3.2Mhashes/秒

总而言之，具有 DDR4 内存的 CPU 或 GPU 无法获得超过 3.2MHash/s 的速度，因为它无法以足够快的速度获得处理所需的数据。

来源：

https://www.vijaypradeep.com/blog/2017-04-28-ethereums-memory-hardness-explained/

Answer 2

“现代 Skylake 处理器每秒可以计算超过 100M 的 Keccak512 操作”是不正确的，它是 140 MiB/s。即每秒 MiBs 且哈希操作超过 1 个字节，您需要将 140 MiB/s 除以被哈希的字节数。

Answer 3

请参阅http://www.nvidia.com/object/what-is-gpu-computing.html，了解 CPU 和 GPU 编程之间差异的概述。

简而言之，一个 CPU 的核心数量非常少，每个核心可以做不同的事情，每个核心都可以处理非常复杂的逻辑。

GPU 有数千个内核，它们几乎同步运行，但只能处理简单的逻辑。

因此，GPU 的整体处理吞吐量可以大大提高。但是将逻辑从 CPU 转移到 GPU 并不容易。

如果您想深入研究并实际为两者编写代码，一个很好的起点是https://devblogs.nvidia.com/gpu-computing-julia-programming-language/。