GPU“核戰(zhàn)”升級

時間：2023-01-08 21:25:09

關(guān)鍵字：工藝 GPU 架構(gòu)

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[導(dǎo)讀]在工藝受限的前提下，中央處理器（CPU）單核性能提升空間被壓縮，在多年前已經(jīng)開始多核架構(gòu)，如今多核已經(jīng)成為CPU主流配置。相對而言，圖形處理器（GPU）在多核發(fā)展上，并不是很主流，尤其在移動端設(shè)備，通常還是單核主打，現(xiàn)如今這一局面將會改變。

B系列升級到多核，代表著Imagination將GPU市場“核戰(zhàn)”升級，籍多年GPU IP市場耕耘功力與極為出色的性能，IMG B系列有望在市場上斬獲更多

在工藝受限的前提下，中央處理器（CPU）單核性能提升空間被壓縮，在多年前已經(jīng)開始多核架構(gòu)，如今多核已經(jīng)成為CPU主流配置。相對而言，圖形處理器（GPU）在多核發(fā)展上，并不是很主流，尤其在移動端設(shè)備，通常還是單核主打，現(xiàn)如今這一局面將會改變。

BXT多核架構(gòu)示意圖

全球著名硅知識產(chǎn)權(quán)（IP）廠商Imagination Technologies（以下簡稱“IMG”或“Imagination”）在10月份舉行產(chǎn)品發(fā)布會，宣布推出IMG B系列（GPU）IP產(chǎn)品系列，B系列是在2019年推出的廣受好評的A系列GPU上的升級換代，相比A系列，B系列最大特色是全線支持多核架構(gòu)，在同等功耗下，B系列性能比A系列可以提高30%，面積縮小25%。而與競品相比，B系列的計算密度極其出色，最高可支持 6 TFLOPS（每秒萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算）計算能力，人工智能（AI）性能則可以達(dá)到 24 TOPS（每秒萬億次運(yùn)算），填充率比競品IP內(nèi)核高2.5倍。

B系列共四個產(chǎn)品線，即BXT、BXM、BXE和BXS，分別面向移動設(shè)備、消費(fèi)電子、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字電視、汽車以及數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用。

其中BXT為代表性能的旗艦型GPU IP，適合小芯片（chiplet）開發(fā)框架做多核擴(kuò)展，工作頻率更高，并對最先進(jìn)工藝做了專門優(yōu)化，在多核架構(gòu)加持下，BXT比當(dāng)前PCIE接口的GPU計算密度高出70%，如前所述，B系列的計算密度極其出色，最高可支持6 TFLOPS計算能力，每秒可處理192 Gigapixel（十億像素），AI性能則可以達(dá)到 24 TOPS，可覆蓋高端移動設(shè)備到數(shù)據(jù)中心等高性能GPU應(yīng)用場景。

BXE面積小，相比前代縮小25%，適合更注重成本的消費(fèi)電子市場。還支持四級壓縮技術(shù)，根據(jù)用戶需求靈活處理畫質(zhì)與帶寬之間的平衡，既可提供完全無壓縮的視頻數(shù)據(jù)流，也可以根據(jù)帶寬狀況，選擇將視頻圖像數(shù)據(jù)壓縮為原資料的75%（圖像質(zhì)量無損壓縮）、50%（視頻觀看無損壓縮）或25%（最低帶寬選擇）。

BXE系列每個時鐘周期可以處理從1個像素到16個像素，從而可支持從720p到8K的分辨率。填充率上表現(xiàn)特別出色，性能是競品的2.5倍。

BXM與BXE類似，在BXE的基礎(chǔ)上，BXM提升了浮點(diǎn)計算能力，主要面向中檔移動端游戲以及數(shù)字電視和其他市場的復(fù)雜UI等應(yīng)用場景。

BXS是Imagination針對汽車市場專門開發(fā)的一條新產(chǎn)品線，在A系列中，沒有對應(yīng)BXS的產(chǎn)品（A系列共有AXT、AXM和AXE三個產(chǎn)品線）。S是安全（Safety）的意思，針對汽車應(yīng)用這種任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用，BXS采用多種措施增強(qiáng)功能安全，以確保應(yīng)用中不出差錯。

BXS系列通過分塊式安全技術(shù)（TRP）來保證GPU數(shù)據(jù)的正確執(zhí)行和傳輸，相比傳統(tǒng)的鎖步（lock-step）技術(shù)，TRP減少了計算資源的浪費(fèi)，在多核與TRP等技術(shù)的加持下，相比競品，BXS性能高出60%。

BXS還支持硬件虛擬化，可使多屏幕、多操作系統(tǒng)和多個應(yīng)用程序都能在一個GPU上運(yùn)行，而無性能損失，特別適合當(dāng)前數(shù)字化座艙的需求。

此外，BXS還支持RISC-V處理器，是首個通過ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)RISC-V汽車級IP產(chǎn)品。BXS系列的推出，代表Imagination對汽車市場的進(jìn)一步重視，據(jù)Imagination Technologies首席營銷官David Harold，當(dāng)前車載GPU市場，Imagination市占率約為45%。

B系列四個產(chǎn)品線全部支持多核，其中BXT支持多主核擴(kuò)展（Multi-primary core scaling）架構(gòu)，而BXM與BXE則支持主核-從核擴(kuò)展（Primary-secondary scaling）架構(gòu)，BXS既支持多主核擴(kuò)展（Multi-primary core scaling）架構(gòu)，也支持主核-從核擴(kuò)展（Primary-secondary scaling）架構(gòu)。根據(jù)Imagination技術(shù)產(chǎn)品管理高級總監(jiān)Kristof Beets介紹，主核-從核擴(kuò)展架構(gòu)中，主核處理所有的工作負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)所有的功能，從核可以被視為加速引擎，因此主核-從核擴(kuò)展架構(gòu)可以減小面積，更適合成本敏感型市場，而多主核擴(kuò)展則更強(qiáng)調(diào)高性能。

在多主核實(shí)現(xiàn)上，多主核架構(gòu)中四個GPU完全一樣，工程師只需要優(yōu)化其中一個，就可以對四個主核實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，這種架構(gòu)大幅節(jié)約了設(shè)計時間。

在發(fā)布會上，Imagination都是給出的四核實(shí)現(xiàn)的案例。不過Kristof Beets表示，四核架構(gòu)可滿足當(dāng)前多數(shù)應(yīng)用的需求，但內(nèi)核數(shù)量并不限制在四核，Imagination以往也有14核的成功案例，尤其在服務(wù)器市場，內(nèi)核數(shù)量多少并不是問題，主要限制在于如何在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架內(nèi)放入更多算力并控制住功耗。

B系列升級到多核，代表著Imagination將GPU市場“核戰(zhàn)”升級，籍多年GPU IP市場耕耘功力與極為出色的性能，IMG B系列有望在市場上斬獲更多，Imagination高管團(tuán)隊也毫不掩飾這種雄心，尤其是對中國市場。David Harold和Imagination公司副總裁及中國區(qū)總經(jīng)理劉國軍都強(qiáng)調(diào)，Imagination是基于英國技術(shù)的領(lǐng)先IP公司，擁有數(shù)千項專利，沒有在美國研發(fā)過一款GPU，并在持續(xù)擴(kuò)大中國技術(shù)團(tuán)隊及對中國客戶的支持力度，以期助力中國半導(dǎo)體市場越過拐點(diǎn)。

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