Tenho que usar o persistence.xml e hibernate.cfg.xml?

Em uma resposta rápida, ambos possuem a mesma finalidade.
Em uma resposta mais elaborada:

• persistence.xml atende ao padrão JPA e pode ser utilizado mesmo que a implementação em uso não seja o hibernate (eclipselink, por exemplo).
• hibernate.cfg.xml é o arquivo que o hibernate utiliza para identificar as configurações que necessita ativar, bem como, os dados do banco de dados ou data source ao qual será conectado (o mesmo que o persistence.xml, por excelência).
  Ele pode ser substituído pelo arquivo hibernate.properties ou por configuração programática.
  Com as novas versões do hibernate visando atender apenas ao padrão JPA, há claras possibilidades de não existir mais o hibernate.cfg.xml no futuro.