Imagination的新GPU擊敗了Apple Qualcomm和Arm

Imagination推出了一種新的移動GPU，它將為移動GPU領(lǐng)域帶來一些可喜的競爭。高通公司的Snapdragon處理器中的Adreno GPU以及三星的Exynos處理器和華為的麒麟處理器中的Arm的Mali GPU引起了很多關(guān)注。但是，正如我之前所寫，這兩家并不是唯一的移動GPU制造商。

目前，聯(lián)發(fā)科，Unisoc，Allwinner和Rockchip的處理器中都可以找到Imagination的PowerVR GPU。我之所以說“當(dāng)前”，是因為聯(lián)盟在移動處理器世界中是活躍的。在發(fā)布Apple A9處理器之前(包括發(fā)布在內(nèi))，Imagination是Apple唯一的GPU技術(shù)供應(yīng)商。那筆交易失敗了，導(dǎo)致Imagination重組并找到了新的合作伙伴。聯(lián)發(fā)科就是其中的合作伙伴之一，但這種關(guān)系并非排他性的。例如，聯(lián)發(fā)科的新Dimensity 1000 5G SoC使用Arm的Mali GPU。

盡管Imagination的管理團(tuán)隊一直在尋找新的市場和新的合作伙伴，但似乎它的工程師才剛剛開始進(jìn)行下一步工作，即開發(fā)下一代GPU。新的IMG A系列GPU可能會成為一個真正的競爭者-不僅在智能手機(jī)中，而且在其他移動設(shè)備(例如Chromebook)中也是如此。

對于GPU，有三個關(guān)鍵指標(biāo)：性能，功耗和計算能力。換句話說，3D游戲?qū)⑦\(yùn)行多快?它會使用多少電池?它可以用于機(jī)器學(xué)習(xí)等其他任務(wù)嗎?根據(jù)Imagination的說法，A系列以相同的時鐘頻率和相同的制造工藝進(jìn)行了重大改進(jìn)。與目前交付的當(dāng)前PowerVR設(shè)備相比，它的性能提高了2.5倍，機(jī)器學(xué)習(xí)速度提高了8倍，而功耗卻降低了60%。這些是令人印象深刻的數(shù)字!美中不足的是，這種特定的比較是與現(xiàn)實世界中出售的設(shè)備進(jìn)行的，而不是與Imagination現(xiàn)有的所有GPU設(shè)計所進(jìn)行的比較。盡管如此，這些收益還是不容忽視的。

GPU設(shè)計人員需要為他們的客戶(即芯片制造商)提供很大的靈活性。這意味著能夠根據(jù)市場以不同的方式配置相同的基本GPU設(shè)計。例如，Imagination提供了高端IMG AXT 64-2048。它提供2.0 TFLOPS，64 G像素和8 TOPS的AI性能。這將是Chromebook的理想GPU，甚至是服務(wù)器中的集成GPU。

可能的配置組合從用于高端移動設(shè)備(1.5 TFLOPS，48 G像素和6 TOPS)的IMG AXT 48-1536到用于中端移動設(shè)備的IMG AXM 8-256繼續(xù)。帶有IMG AX 2-16(2 PPC，16 GFLOPS和2 Gpixels)和IMG AX 1-16(1 PPC，16 GFLOPS和1 Gpixels)的入門級電視和低端智能手機(jī)甚至還有變化。。Imagination聲稱，后者是同類產(chǎn)品中最快的支持Vulkan的GPU。

與以前的PowerVR GPU一樣，新的A系列使用基于圖塊的延遲渲染技術(shù)，這意味著它僅繪制屏幕上可見的內(nèi)容。為了幫助提供持續(xù)的性能，IMG A系列集成了主動式DVFS(動態(tài)電壓和頻率縮放)和截止時間調(diào)度算法，這意味著如果GPU的某些部分沒有得到充分利用或處理所需，則會立即放慢速度降低甚至睡眠以確保最佳的電源效率。

設(shè)計

A系列的內(nèi)部設(shè)計與以前的PowerVR GPU完全不同。GPU的核心是快速高效的乘法加法單元，用于執(zhí)行融合乘法和加法(FMA)操作。這些單元一步完成一次乘法，然后一次加法。以前的PowerVR GPU在稱為ALU(算術(shù)邏輯單元)的邏輯組件中使用了32種FMA單元。新的A系列將ALU擴(kuò)展到128個操作。每個時鐘周期有256個32位浮點乘法-加法運(yùn)算(256個，因為它將兩個FP32數(shù)字相乘)。

這種新設(shè)計的結(jié)果是簡化了ALU管道，同時增加了線程級并行度。先前的設(shè)計更多地依賴于指令級并行性，而后者又需要更復(fù)雜的ALU和更復(fù)雜的編譯器。

IMG A系列使用Imagination的HyperLane技術(shù)。有了它，各個硬件控制通道就可以實現(xiàn)內(nèi)存隔離，這意味著可以將不同的任務(wù)同時提交給GPU，以實現(xiàn)安全的GPU多任務(wù)處理。可以根據(jù)原始功率(例如，一項任務(wù)的四分之一，另一項任務(wù)的四分之三)或按設(shè)置的每個任務(wù)的性能水平動態(tài)地劃分GPU。對于汽車應(yīng)用，這意味著與數(shù)字儀表板相比，信息單元的優(yōu)先級最低。這不僅適用于傳統(tǒng)圖形處理，還適用于在GPU上運(yùn)行的機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)。

為了處理GPU的并發(fā)方面，A系列包括一個基于未指定架構(gòu)的內(nèi)置微處理器。在過去，Imagination會使用基于MIPS的微處理器來完成此任務(wù)。然而，在蘋果事件之后，MIPS被賣光了。我們確實知道的一件事是，在過去的12個月中，Imagination與各種RISC-V芯片制造商的關(guān)系一直非常融洽。我將離開您來得出您自己的結(jié)論。

在GPU內(nèi)部傳輸數(shù)據(jù)會消耗能量。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)越少，GPU的效率就越高。大多數(shù)GPU使用某種形式的內(nèi)部壓縮，因為對于大量數(shù)據(jù)流，壓縮數(shù)據(jù)然后發(fā)送而不是原始發(fā)送實際上是更省電的。IMG A系列GPU始終使用PVRIC4.1無損或視覺無損圖像壓縮來減少帶寬。新的壓縮技術(shù)在大多數(shù)情況下是無損的，在例外情況下是視覺上無損的。從好的方面來說，無論數(shù)據(jù)如何，都可以保證50%的壓縮率。

我們什么時候可以期望這些產(chǎn)品上市?

公告很不錯，但是何時我們會看到帶有IMG A系列GPU的片上系統(tǒng)?答案是早不宜遲。IMG A系列已經(jīng)在多個市場獲得許可，第一批SoC有望在2020年發(fā)布。Imagination還將在2020年發(fā)布其下一個GPU，即A系列的后繼產(chǎn)品，該系列被巧妙地命名為B系列。與Series-A相比，它將提供30%的性能提升，并且應(yīng)該附帶硬件光線跟蹤功能!

新型功能強(qiáng)大的GPU可能會在移動處理器市場中真正實現(xiàn)整合。