隨著智能手機平板電腦進入視網(wǎng)膜屏高清時代，GPU的重要性日益凸顯，用戶在使用這些電子設(shè)備時，首先關(guān)注的是高清視頻、3D游戲以及flash動畫的體驗，而這些體驗和GPU性能有直接聯(lián)系，一款性能出色的GPU不但可以給用戶以最佳體驗，更兼顧低功耗特性，在CPU核戰(zhàn)已無懸念的情況下，未來GPU將如何發(fā)展？近日，筆者采訪了ARM公司媒體處理部門戰(zhàn)略營銷副總裁Kevin Smith，就ARM GPU未來發(fā)展進行了交流，歸納為ARM GPU的三個發(fā)展趨勢。

Kevin Smith

　　趨勢一：關(guān)注可擴展性，GPU核戰(zhàn)爆發(fā)在即

　　在PC領(lǐng)域，曾經(jīng)爆發(fā)過有關(guān)CPU與GPU誰更重要的口水大戰(zhàn)，現(xiàn)在看來，兩者都重要，因為它們架構(gòu)不同、側(cè)重不同，CPU和GPU都是具有高速運算能力的芯片，CPU更像“通才”——指令運算+數(shù)值運算，GPU更像“專才”——圖形計算，不同類型的運算速度決定了它們的能力。因此CPU更擅長像操作系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件和通用應(yīng)用程序這類擁有復(fù)雜指令調(diào)度、循環(huán)、分支、邏輯判斷的程序任務(wù)，而GPU則擅長圖形類和非圖形類的高度并行數(shù)值計算。因此，在一部手機或者平板中，兩者需要均衡搭配才能發(fā)揮出最大效能。

　　到目前為止，ARM共發(fā)布了人Mali100、Mali300、Mali400、Mali450和Mali T600等五個系列的GPU，在MaliT600以后，ARM GPU在結(jié)構(gòu)上發(fā)上了很大改變，以桌面應(yīng)用看齊，在性能上有很大提升。

　　Mali400結(jié)構(gòu)功能圖

　　Mali-t604功能圖

　　Kevin Smith介紹說實際上在發(fā)布T600系列時，ARM已經(jīng)考慮到了與未來64位處理器的兼容問題，所以Mali-T600的第二代支持64位雙精度，可以與ARM最新的A50系列64位處理器緊密關(guān)聯(lián)。“另外，T600系列采用了這色器內(nèi)核架構(gòu)和三管道體系，更容易實現(xiàn)多核，這比其他架構(gòu)GPU更有優(yōu)勢。” Kevin Smith強調(diào)。“未來ARM會重點優(yōu)化T600系列產(chǎn)品，例如我們最新發(fā)布的T624T628T678就比T604在同等裸片面積性能提升 50%！”

　　他解釋說性能的提升源自對架構(gòu)的增強，例如這三款系列GPU可在同樣的內(nèi)核面積下提供更高的時鐘頻率、更高的IPC（每時鐘周期指令數(shù)）、更高的能效，所以每個型號的性能都可以提升50％。

　　另外，這三款GPU也首次次支持ASTC（適應(yīng)性可擴展紋理壓縮）：這是一種由ARM開發(fā)、Khronos Group已將其納入OpenGL ES規(guī)范的紋理壓縮技術(shù)，能在系統(tǒng)級別提高效率，并改進紋理質(zhì)量和彈性，“而且，ARM GPU也是率先支持OpenGL ES 3.0版新標準的處理器。”他指出，“我們的GPU支持OpenGL Full Profile的GPU計算，不但支持OpenGL ES 1.1/2.0/3.0、DX 11/11 FL 9_3，此外還支持Google RenderScript計算語言。實際上已經(jīng)向桌面應(yīng)用看齊。也向GPGPU更邁進了一步。當然，這也是增強兼容性的舉措，我們的策略是就是支持公開的各類標準和API?！?/p>

　　Mali-T678功能框圖

　　由于GPU的并行架構(gòu)更適合實現(xiàn)多核，因此為未來多核GPU將是一大亮點，Kevin表示依托ARM的獨特優(yōu)勢，未來不管是16核還是24核均可以輕易實現(xiàn)。

　　ARM GPU的，擴展性示意圖

　　在我采訪Imagination時，他們也勾勒了一幅未來處理器發(fā)展的藍圖，顯然，多核GPU是亮點。

　　未來處理器發(fā)展的藍圖

　　那么2013年，主流的GPU產(chǎn)品將是多是核心？Kevin認為8核GPU會出現(xiàn)但將是高端市場，主流市場仍將是四核為主，不過他認為明年市場上GPU跨度較大，從單核到雙核到四核到8核都有出現(xiàn)，滿足市場從低到高的需求。

　　近日，谷歌Nexus 10平板電腦已經(jīng)面市，該機采用一塊10英寸屏幕，分辨率高達2560×1600像素，像素密度為300ppi，超過了iPad4和新 iPad，它采用了1.7GHz主頻的三星Exynos 5250雙核處理器，配備2GB RAM，集成Mali T604四核GPU，Kevin強調(diào)這樣高端機型足以說明ARM GPU可以支持高端應(yīng)用。

　　在GPU的發(fā)展策略上，Kevin介紹說ARM會堅持以較小的面積實現(xiàn)更高的性能，即堅持高能效的策略，同時，會考慮高性能方向，向桌面GPU看齊。

　　以下是各類GPU的功耗對比，可以看出，ARM GPU在單位功耗方面的性能突出，能達到每瓦48GFLOPS的特性，原高于桌面GPU的能效。

　　趨勢二：關(guān)注一致性，與CPU融合

　　在PC處理器領(lǐng)域，AMD以融合CPU和GPU的APU開創(chuàng)了新的PC處理器領(lǐng)域，在移動處理器領(lǐng)域，這個趨勢仍將延續(xù)，從近日 Imagination對MIPS的收購已經(jīng)顯現(xiàn)端倪。Kevin也認同這個趨勢，“ARM的GPU不但注重圖形處理更看重通用計算，未來CPU與GPU 要走融合的道路，所以ARM在布局GPU時就考慮與未來CPU的搭配，比如我們的GPU是支持64位處理器的，所以未來處理器升級到64位我們都可以支持?！彼赋?，“ARM考慮到是讓用戶用最快的方式實現(xiàn)低功耗高性能處理器，未來融合CPU與GPU的Soc內(nèi)部會采用ARM的AMBA總線。”

　　實際上，在ARM的的Mali-T600 系列 GPU 內(nèi)的有個作業(yè)管理器，它可以任務(wù)管理從 CPU 卸載到 GPU，并在活動著色器內(nèi)核之間實現(xiàn)無縫負載平衡。這個功能估計已經(jīng)為未來的CPU與GPU融合埋下了伏筆，通過 ARM 的一致性和互連技術(shù)，計算任務(wù)在異類系統(tǒng)中進行共享處理時，可以輕松跨越 CPU、GPU 和其他可用計算資源，更高效地訪問數(shù)據(jù)。

　　他強調(diào)ARM GPU還關(guān)注通用計算，因此，未來也將壓縮DSP市場，CEVA是否感受到了壓力？

　　從支持64位處理里來看，未來采用融合CPU與GPU的處理器將是A50系列處理器，按照某些芯片廠商的估計，預(yù)計2014年此類芯片可以面市。

　　趨勢三：工藝升級，2014年ARM處理器采用finFET技術(shù)？

　　很多人認為ARM處理器在傳統(tǒng)工藝上的升級空間已經(jīng)不大，在英特爾大張旗鼓地宣傳3D晶體管技術(shù)的時候，ARM 其實也也已經(jīng)開始了下一代工藝技術(shù)的研發(fā)，Kevin透露ARM的PIP（物理IP）部門早與TSMC以及Global Foundries合作開始了下一代工藝finFET晶體管工藝技術(shù)的研發(fā)，這是前所未有的，預(yù)計新的工藝技術(shù)將在TSMC的16nm工藝 和Global Foundries上的14nm上實現(xiàn)，而新工藝可能會用于ARM下一代64位處理器上。

　　在具體產(chǎn)品發(fā)展上，在ARM公布了最新的A50系列處理器后，已經(jīng)有AMD、博通（Broadcom）、Calxeda、海思半導(dǎo)體、三星及意法半導(dǎo)體等七家公司獲得A53與A57處理器授權(quán)，其中，STE聲稱將在2014年出貨A53處理器，這是否意味著2014年ARM處理器將采用finFET 工藝技術(shù)？

　　在今年1月召開的2012國際電子器件會議（IEDM）上，TSMC已經(jīng)展示有關(guān)finFET晶體管工藝技術(shù)，臺積電將提供的16nm工藝金屬布線部分直接沿襲20nm工藝，將晶體管部分換成16nm工藝的FinFET。與20nm工藝相比，可使晶體管的工作速度提高20%～25%，使耗電量降低 35%。由于金屬布線部分在20nm工藝和16nm工藝間通用，因此兩工藝的芯片面積相同。與intel的工藝不同，臺積電的finFET晶體管摻入了鍺材料。

　　TSMC展示有關(guān)finFET晶體管工藝技術(shù)

　　以下為采用主要GPU的處理器性能對比