GPU“核战”升级

时间：2023-01-08 21:25:09

关键字：工艺 GPU 架构

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[导读]在工艺受限的前提下，中央处理器（CPU）单核性能提升空间被压缩，在多年前已经开始多核架构，如今多核已经成为CPU主流配置。相对而言，图形处理器（GPU）在多核发展上，并不是很主流，尤其在移动端设备，通常还是单核主打，现如今这一局面将会改变。

B系列升级到多核，代表着Imagination将GPU市场“核战”升级，籍多年GPU IP市场耕耘功力与极为出色的性能，IMG B系列有望在市场上斩获更多

在工艺受限的前提下，中央处理器（CPU）单核性能提升空间被压缩，在多年前已经开始多核架构，如今多核已经成为CPU主流配置。相对而言，图形处理器（GPU）在多核发展上，并不是很主流，尤其在移动端设备，通常还是单核主打，现如今这一局面将会改变。

BXT多核架构示意图

全球著名硅知识产权（IP）厂商Imagination Technologies（以下简称“IMG”或“Imagination”）在10月份举行产品发布会，宣布推出IMG B系列（GPU）IP产品系列，B系列是在2019年推出的广受好评的A系列GPU上的升级换代，相比A系列，B系列最大特色是全线支持多核架构，在同等功耗下，B系列性能比A系列可以提高30%，面积缩小25%。而与竞品相比，B系列的计算密度极其出色，最高可支持 6 TFLOPS（每秒万亿次浮点运算）计算能力，人工智能（AI）性能则可以达到 24 TOPS（每秒万亿次运算），填充率比竞品IP内核高2.5倍。

B系列共四个产品线，即BXT、BXM、BXE和BXS，分别面向移动设备、消费电子、物联网、数字电视、汽车以及数据中心等应用。

其中BXT为代表性能的旗舰型GPU IP，适合小芯片（chiplet）开发框架做多核扩展，工作频率更高，并对最先进工艺做了专门优化，在多核架构加持下，BXT比当前PCIE接口的GPU计算密度高出70%，如前所述，B系列的计算密度极其出色，最高可支持6 TFLOPS计算能力，每秒可处理192 Gigapixel（十亿像素），AI性能则可以达到 24 TOPS，可覆盖高端移动设备到数据中心等高性能GPU应用场景。

BXE面积小，相比前代缩小25%，适合更注重成本的消费电子市场。还支持四级压缩技术，根据用户需求灵活处理画质与带宽之间的平衡，既可提供完全无压缩的视频数据流，也可以根据带宽状况，选择将视频图像数据压缩为原资料的75%（图像质量无损压缩）、50%（视频观看无损压缩）或25%（最低带宽选择）。

BXE系列每个时钟周期可以处理从1个像素到16个像素，从而可支持从720p到8K的分辨率。填充率上表现特别出色，性能是竞品的2.5倍。

BXM与BXE类似，在BXE的基础上，BXM提升了浮点计算能力，主要面向中档移动端游戏以及数字电视和其他市场的复杂UI等应用场景。

BXS是Imagination针对汽车市场专门开发的一条新产品线，在A系列中，没有对应BXS的产品（A系列共有AXT、AXM和AXE三个产品线）。S是安全（Safety）的意思，针对汽车应用这种任务关键型应用，BXS采用多种措施增强功能安全，以确保应用中不出差错。

BXS系列通过分块式安全技术（TRP）来保证GPU数据的正确执行和传输，相比传统的锁步（lock-step）技术，TRP减少了计算资源的浪费，在多核与TRP等技术的加持下，相比竞品，BXS性能高出60%。

BXS还支持硬件虚拟化，可使多屏幕、多操作系统和多个应用程序都能在一个GPU上运行，而无性能损失，特别适合当前数字化座舱的需求。

此外，BXS还支持RISC-V处理器，是首个通过ISO 26262标准RISC-V汽车级IP产品。BXS系列的推出，代表Imagination对汽车市场的进一步重视，据Imagination Technologies首席营销官David Harold，当前车载GPU市场，Imagination市占率约为45%。

B系列四个产品线全部支持多核，其中BXT支持多主核扩展（Multi-primary core scaling）架构，而BXM与BXE则支持主核-从核扩展（Primary-secondary scaling）架构，BXS既支持多主核扩展（Multi-primary core scaling）架构，也支持主核-从核扩展（Primary-secondary scaling）架构。根据Imagination技术产品管理高级总监Kristof Beets介绍，主核-从核扩展架构中，主核处理所有的工作负担，实现所有的功能，从核可以被视为加速引擎，因此主核-从核扩展架构可以减小面积，更适合成本敏感型市场，而多主核扩展则更强调高性能。

在多主核实现上，多主核架构中四个GPU完全一样，工程师只需要优化其中一个，就可以对四个主核实现优化，这种架构大幅节约了设计时间。

在发布会上，Imagination都是给出的四核实现的案例。不过Kristof Beets表示，四核架构可满足当前多数应用的需求，但内核数量并不限制在四核，Imagination以往也有14核的成功案例，尤其在服务器市场，内核数量多少并不是问题，主要限制在于如何在标准机架内放入更多算力并控制住功耗。

B系列升级到多核，代表着Imagination将GPU市场“核战”升级，籍多年GPU IP市场耕耘功力与极为出色的性能，IMG B系列有望在市场上斩获更多，Imagination高管团队也毫不掩饰这种雄心，尤其是对中国市场。David Harold和Imagination公司副总裁及中国区总经理刘国军都强调，Imagination是基于英国技术的领先IP公司，拥有数千项专利，没有在美国研发过一款GPU，并在持续扩大中国技术团队及对中国客户的支持力度，以期助力中国半导体市场越过拐点。

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