越來越重要的GPU

在傳統(tǒng)GPU市場中，永遠都存在著對更佳視覺用戶體驗的追求，包括更高的顯示分辨率、更新率和更佳的像素效果，所以很多設備都要求采用更佳的GPU。而在部分新興領域，GPU IP的應用同樣不可避免，比如VR/AR的成功就依賴于高質(zhì)量圖形性能，而且必須具備顯示功能。在這樣的領域中，沒有GPU是不行的，所以GPU應用延伸至這些行業(yè)也不足為奇。HPpesmc

但在Imagination業(yè)務開發(fā)高級工程經(jīng)理Rys Sommefeldt看來，更加有趣的話題是GPU在IoT和可穿戴設備等領域中的應用。這些應用雖然也可能具有顯示性能，但其分辨率需求低，CPU就足以實現(xiàn)相應的性能。有些設備甚至可能都沒有顯示功能，比如海量的IoT產(chǎn)品和服務器應用等。HPpesmc

GPU的利用往往取決于以下兩個關鍵因素：功耗以及CPU無法滿足的計算性能需求。Rys Sommefeldt認為，對于具備顯示功能的可穿戴設備(例如智能手表)，使用GPU可在滿足性能需求的同時降低設備功耗，從而改善可穿戴設備中最重要的因素—電池壽命；而對于沒有顯示功能的應用來說，使用GPU基本意味著設備有相應的計算需求，而這些需求與GPU架構(gòu)和它的運行方式高度契合。在這些應用場景中，對像素的追求并不是使用GPU的主要目的。HPpesmc

“圖形密集的游戲、動畫和應用已經(jīng)成為消費者移動體驗中的重要部分，視覺互動是他們與所依賴的移動終端之間的主要聯(lián)系界面，而圖形正是該界面的核心?！盦ualcomm產(chǎn)品市場總監(jiān)王宇飛說，這正是為什么一體化設計的驍龍?zhí)幚砥髦邪珹dreno GPU的原因，因為它能加速復雜幾何結(jié)構(gòu)的渲染，從而在低功耗下提供相片級逼真的圖形和豐富的用戶體驗。

Qualcomm 產(chǎn)品市場總監(jiān)王宇飛HPpesmc

集成于驍龍820處理器中的Adreno 530是Qualcomm迄今為止所設計的性能最佳的GPU，可用于智能手機、無人機、機器人等眾多領域。例如，Qualcomm驍龍TM650 IP攝像頭參考設計是一款完整的4K聯(lián)網(wǎng)攝像頭，支持64位異構(gòu)計算，支持包括從以太網(wǎng)到X8 4G LTE的全面廣泛的連接，還支持先進的視頻分析，包括運動與面部檢測、面部識別、物體追蹤和Zeroth目標分類。HPpesmc

在另一個案例中，得益于驍龍800系列集成的Adreno視覺處理、Hexagon數(shù)字信號處理、Spectra計算機視覺和全新的慣性傳感器內(nèi)核，Qualcomm在一款由驍龍820處理器支持的頭戴式顯示器(HMD)上首次展示了六自由度(6DOF)運動追蹤。HPpesmc

ARM多媒體處理部門GPU產(chǎn)品經(jīng)理Espen Oybo對此給出的觀點是，此前，在設備中配置GPU并不認為是必需或是高性價比的，因為CPU本身可以處理一些簡單的圖形任務，而減少芯片體積和降低功耗顯得更加重要。然而，隨著GPU技術的不斷進步，人們發(fā)現(xiàn)GPU不僅能提供更佳的用戶體驗，也能釋放CPU的處理能力，使其更專注于關鍵任務，并顯著的減少了芯片體積、功耗和帶寬消耗。HPpesmc

Mali超低功耗GPU是ARM產(chǎn)品家族中的重要成員，能夠幫助設備在有限功耗條件下，完美的實現(xiàn)性能和功耗平衡，從而在可穿戴和物聯(lián)網(wǎng)市場獲得出色的圖形體驗。而全新推出的Mali-G71高性能GPU則采用新一代Bifrost架構(gòu)，適用于AR/VR等需要高性能的領域。HPpesmc

除了圖形處理，GPU要不要嘗試一下通用計算？

Rys Sommefeldt在接受采訪時稱，承擔更多計算任務將是GPU發(fā)展的必然趨勢。相比于主要應用于通用目標計算上的傳統(tǒng)渲染場景，AR/VR帶來了更多整體渲染和視覺處理系統(tǒng)的需求。盡管它仍舊是圖形相關的通用目標計算，但已經(jīng)不屬于傳統(tǒng)光柵化。因此，具備在單一渲染框架中混合GPU和計算負荷的GPU微架構(gòu)，來滿足不同水平的需求，這一點非常重要。HPpesmc

應用在PowerVR Wizard GPU中的光線追蹤技術是Imagination的“殺手锏”之一，尤其適合于AR/VR等非傳統(tǒng)應用場景的使用。它可以將渲染完成的圖像根據(jù)人眼效果進行調(diào)整，并將之扭曲提供恰當?shù)妮敵觯赃m應特定的視覺系統(tǒng)—無論是鏡頭還是人眼。相比于在單獨GPU上運行同樣的負載，該技術具備在硬件光線追蹤器上運行扭曲平臺，并與GPU一道形成獨特的優(yōu)勢。

ARM多媒體處理部門GPU產(chǎn)品經(jīng)理Espen OyboHPpesmc

每個產(chǎn)品對GPU的要求都不盡相同，一些只需顯示簡單的用戶界面，而另一些產(chǎn)品則需要支持高端3D游戲的運行。有鑒于此，ARM Mali系列GPU滿足了低功耗可穿戴設備、高端智能手機和要求高性能且獨立的虛擬現(xiàn)實頭盔這三大類產(chǎn)品的不同需求，并通過在核心數(shù)量和配置選項方面的可擴展性，賦予合作伙伴在設計特定產(chǎn)品時實現(xiàn)功耗和效率的平衡。HPpesmc

“AR/VR的復雜性確實對移動SoC組件提出了很高的要求，我們希望通過Brifrost GPU架構(gòu)來滿足這些要求?！盓spen Oybo說盡管目前數(shù)量有限，但ARM已經(jīng)看到一些采用通用圖形處理器(GPGPU)來進行任務處理的案例，這是因為在現(xiàn)有API和硬件條件下實現(xiàn)GPU和CPU之間的數(shù)據(jù)共享較為困難，很難淋漓盡致的發(fā)揮GPU的作用。但隨著OpenCL 2.0的出現(xiàn)，在高性能Bifrost架構(gòu)中增加全系統(tǒng)一致性，將便于GPU和CPU通過高效的共享內(nèi)存實現(xiàn)彼此“溝通”，讓GPU和CPU在各種規(guī)模計算任務中的合作更加高效，避免了CPU緩存清理的間接費用。HPpesmc

性能與功耗，兩者必須得兼

上述這些細分領域有些屬于快速變化的高存量市場，有些屬于擁有很大創(chuàng)新空間的新興市場，但它們都依賴于高性能GPU在最低功耗下的性能表現(xiàn)。換句話說，如何在帶給用戶最佳性能體驗的同時更兼顧低功耗特性，正成為各家公司實力比拼的焦點。HPpesmc

根據(jù)多年來提供GPU授權(quán)設計的經(jīng)驗，Rys Sommefeldt說自己認識到很多時候市場所需要的與實際創(chuàng)造出來的產(chǎn)品并不一致?！懊總€人都希望看到一定的改變，即使只是很小的變化，但我們又無法準確預測客戶所期望的目標性能水平、功耗和領域，這就是這個行業(yè)的本質(zhì)。所以，可擴展的、模塊化的可調(diào)節(jié)GPU設計是必須的?！?span style="display:none">HPpesmc

對于GPU來說，最關鍵的可擴展因素永遠是性能，例如浮點數(shù)量和GPU可處理的像素數(shù)量。因此，通過在設計中提供多種水平的性能，用戶就有機會以最少的精力和時間來應對市場中新的配置需求，并使自己得以跳出原本的領域和產(chǎn)品計劃。HPpesmc

Imagination最新推出的塊狀延遲渲染微架構(gòu)是專為在渲染過程中降低工作量而設計的。該架構(gòu)不對隱藏的像素內(nèi)容進行著色內(nèi)容處理，意味著無需耗費電源來運行ALU和獲取寄存器組，從而帶來了功耗方面的大幅降低；也無需提供紋理模型和寫出用于中繼緩沖或最終圖形的像素，極大地節(jié)省了存儲需求。

Imagination業(yè)務開發(fā)高級工程經(jīng)理Rys SommefeldtHPpesmc

“就算是不靠電池供電工作的終端，也需要出于散熱和工業(yè)設計的考慮去盡量減小功耗。” 王宇飛表示，Adreno GPU的關注點一直是要提供每一份能量(每毫瓦)的絕對最佳性能，這也是所有移動市場細分領域的根本推動力。最新的Adreno 5xx GPU既支持Khronos最新圖形API Vulkan，能在CPU低消耗狀況下實現(xiàn)高級圖形內(nèi)容，也支持最新計算API OpenCL 2.0 FP的所有特性，以應對各種GPGPU應用。HPpesmc

幫助合作伙伴在功耗和效能間取得適宜其產(chǎn)品的最佳平衡，對于ARM而言是至關重要的。最初設計時，Mali-400是首款配置Mali-200 GPU的多核GPU，市場的反饋很快證明了這個策略是正確的。在隨后的設計中，基于高端Midgard架構(gòu)的GPU，諸如Mali-T880，可以從單核拓展至16核，而全新的Mali-G71基于Bifrost架構(gòu)，更能夠支持32核。HPpesmc

當今最高端的智能手機已經(jīng)實現(xiàn)了12個內(nèi)核的配置，用以支持AR/VR等新興應用，它們的嚴苛要求正在不斷推動電源功耗突破極限。所以Espen Oybo認為，額外的可用核是非常有必要的，它不僅能輕松的支持高端應用，同時也為其應對日益增加的內(nèi)容復雜性預留了空間。除了數(shù)量外，內(nèi)核在配置方面還有很多靈活空間，如何在這一過程中實現(xiàn)功率、性能和效能的平衡，從而能夠提供另一個層面的可定制選項，幫助用戶根據(jù)自己的市場需求進行自由調(diào)整，也是非常關鍵的要素。HPpesmc

設計增值，才能活下去

GPU IP屬于設計復雜，離開生態(tài)系統(tǒng)就無法生存的IP類型，所有受訪者也均對此表示認可。王宇飛說，Qualcomm的主要目標之一就是為移動開發(fā)者提供盡可能多的價值。通過與生態(tài)系統(tǒng)中的合作伙伴密切合作，以保證中間件引擎是高效的，且針對Adreno實現(xiàn)優(yōu)化。高通還為開發(fā)者們開發(fā)資源，縮短他們在Adreno GPU上的開發(fā)時間：既有像驍龍Profiler這樣特性豐富的工具，在開發(fā)周期的所有方面提供幫助；也有SDK來幫助開發(fā)者獲得先進的技術，驍龍VR SDK就是一個例子，能讓開發(fā)者們利用它開發(fā)HMD和面向?qū)Ｓ肏MD的內(nèi)容。HPpesmc

近年來，Imagination在為客戶提供硬件、軟件和市場方面的產(chǎn)品支持上也取得了巨大的成就。包括提供專門的硬件設計團隊與客戶、晶圓代工長溝通合作，以確保實現(xiàn)最佳的片上性能；戰(zhàn)略軟件團隊與客戶和開發(fā)者共同創(chuàng)建可為PowerVR提供明確策略優(yōu)勢的軟件產(chǎn)品；細分市場營銷專家充分理解客戶的目標應用細節(jié)，展示PowerVR在相應領域的巨大價值等。HPpesmc

ARM是一家依托龐大生態(tài)系統(tǒng)生存的公司，這一特點無論對于GPU還是CPU來說都至關重要。一方面，ARM與EDA合作伙伴和代工廠緊密協(xié)作，幫助芯片伙伴便捷的實施GPU。另一方面，通過軟件生態(tài)系統(tǒng)為程序員提供最好的Mali體驗?！罢蛭覀儞碛腥绱她嫶蟮纳鷳B(tài)系統(tǒng)(包括實施和軟件)，ARM的合作伙伴們能在眾多生態(tài)系統(tǒng)所提供的不同選擇中自由選取，從而實現(xiàn)他們產(chǎn)品的差異化?！盓spen Oybo說。HPpesmc

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