異構計算是指使用不止一種處理器或內核的系統。 這些系統不僅通過添加相同類型的處理器來提高性能或能效，而且還通過添加不同的協處理器來提高性能或能效，這些協處理器通常結合專門的處理能力來處理特定任務。

通常計算上下文中的異構性指的是不同的指令集架構 (ISA)，其中主處理器有一個而其他處理器有另一個——通常是非常不同的——架構（可能不止一個），而不僅僅是不同的微架構（浮動 點數處理是這種情況的特例——通常不稱為異構）。

在過去，異構計算意味著必須以不同方式處理不同的 ISA，而在現代示例中，異構系統架構 (HSA) 系統在使用多種處理器類型（通常是 CPU 和 GPU）時消除了差異（對于用戶），通常在 相同的集成電路，以提供兩全其美：通用 GPU 處理（除了 GPU 眾所周知的 3D 圖形渲染功能外，它還可以對非常大的數據集執行數學密集型計算），而 CPU 可以運行 操作系統并執行傳統的串行任務。

隨著制造技術的進一步擴展允許以前的分立組件成為片上系統或 SoC 的集成部分，現代計算系統中的異構性水平正在逐漸增加。 例如，許多新處理器現在包括用于與其他設備（SATA、PCI、以太網、USB、RFID、無線電、UART 和內存控制器）以及可編程功能單元和硬件加速器（GPU、密碼學）接口的內置邏輯 協處理器、可編程網絡處理器、A/V 編碼器/解碼器等）。

最近的研究結果表明，利用多個 ISA 提供的多樣性的異構 ISA 芯片多處理器可以比最佳的相同 ISA 同構架構高出 21%，節能 23%，能量延遲積 (EDP) 減少 32% . AMD 2014 年發布了其引腳兼容的 ARM 和 x86 SoC（代號為 Project Skybridge），表明正在制作異構 ISA (ARM+x86) 芯片多處理器。

具有異構 CPU 拓撲結構的系統是使用相同 ISA，但內核本身速度不同的系統。 該設置更類似于對稱多處理器。 （雖然這樣的系統在技術上是不對稱的多處理器，但核心在角色或設備訪問方面沒有區別。）通常有兩種類型的核心：通常稱為大核心或 P 核心的更高性能核心和通常稱為更節能的核心 作為小型或E-核心。

這種拓撲的常見用途是在移動 SoC 中提供更好的電源效率。

• ARM big.LITTLE（由 DynamIQ 繼承）是典型案例，其中更快的高功率內核與更慢的低功率內核相結合。
• Apple 已經通過類似的組織生產了 Apple 硅 ARM 內核。
• 英特爾還生產了代號為 Lakefield 的混合 x86-64 內核，盡管在指令集支持方面并非沒有重大限制。 較新的 Alder Lake 通過向小型內核添加更多指令集支持來減少犧牲。

異構計算系統提出了典型同構系統中沒有的新挑戰。 多個處理元素的存在引發了同構并行處理系統所涉及的所有問題，而系統中的異質性水平可能會在系統開發、編程實踐和整體系統能力方面引入非一致性。 異質性領域可能包括：

ISA 或指令集架構計算元素可能具有不同的指令集架構，導致二進制不兼容。ABI 或應用程序二進制接口計算元素可能以不同的方式解釋內存。 這可能包括字節順序、調用約定和內存布局，并且取決于所使用的體系結構和編譯器。

API 或應用程序編程接口庫和操作系統服務可能無法統一用于所有計算元素。語言特性的低級實現語言特性 例如函數和線程通常使用函數指針實現，這是一種在異構環境中使用時需要額外轉換或抽象的機制。內存接口和層次結構計算元素可能具有不同的緩存結構、緩存一致性協議，并且內存訪問可能是統一的或非 統一內存訪問 (NUMA)。 由于某些處理器/單元只能執行字節、字或突發訪問，因此在讀取任意數據長度的能力方面也存在差異。互連 除了基本內存/總線接口之外，Compute 元素可能具有不同類型的互連。