幾個(gè)月前，Imagination在其“Inspire年度技術(shù)大會(huì)”上發(fā)布了全新的第十代PowerVR圖形處理架構(gòu)IMG A系列（IMG A-Series）。作為Imagination有史以來(lái)性能最強(qiáng)大的圖形處理器（GPU）半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）產(chǎn)品，IMG A系列GPU具有多維度的可擴(kuò)展性、低功耗圖形處理和計(jì)算性能，是一系列垂直應(yīng)用領(lǐng)域的理想解決方案，可支持手機(jī)、平板電腦、游戲、汽車、機(jī)頂盒、8K超高清電視、桌面處理器、服務(wù)器等應(yīng)用，因此Imagination稱其為“萬(wàn)物GPU”（The GPU of Everything）。

IMG A系列是GPU技術(shù)的一次重大飛躍，在每一個(gè)維度上都提供了顯著的改進(jìn)。相比Imagination的第九代PowerVR GPU，比如聯(lián)發(fā)科（MediaTek）的Helio P95 SoC所采用的PowerVR GM9446 GPU，在相同的時(shí)鐘和半導(dǎo)體工藝上，IMG A系列的圖形處理性能提高了2.5倍，人工智能（AI）處理速度提高了8倍，同時(shí)功耗降低了60％，這些特性著實(shí)讓人印象深刻。

與當(dāng)前其他可用的GPU IP解決方案相比，IMG A系列具有更佳的PPA（性能、功耗、面積）指標(biāo)，可提供更高的性能、更低的功耗（與采用相同時(shí)鐘和半導(dǎo)體工藝的競(jìng)品相比）和更低的帶寬（與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手使用相同的緩存大小），并且所有產(chǎn)品均占用更小的芯片面積。在所有應(yīng)用領(lǐng)域中，IMG A系列GPU都能夠在更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間里以極低的功耗預(yù)算提供最佳性能，因此它確實(shí)是可應(yīng)用于一切設(shè)備的“萬(wàn)物GPU”。

IMG A系列的增強(qiáng)性能

相比Imagination現(xiàn)在提供的GPU產(chǎn)品，IMG A系列實(shí)現(xiàn)了顯著的性能提升，你可能會(huì)好奇他們是如何一步到位做到這一點(diǎn)的，其實(shí)這些改進(jìn)源于各方面的性能增強(qiáng)，下面來(lái)具體看看他們通過(guò)哪些技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了這些性能增強(qiáng)。

超寬的ALU單元

帶來(lái)顯著性能加速的原因是ALU單元的變化。ALU單元的全稱是算術(shù)邏輯單元，它是圖形處理單元的基本部分，可以為圖形處理和計(jì)算任務(wù)提供強(qiáng)大的計(jì)算性能。對(duì)于IMG A系列而言，Imagination從雙MAD x32寬度的ALU改為了單MAD 128線程寬度的ALU。通過(guò)轉(zhuǎn)換為128線程寬的單元，IMG A系列能夠在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行更多的操作指令，從而為提升功耗效率奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)然，保證ALU單元有足夠的數(shù)據(jù)也很關(guān)鍵，Imagination通過(guò)幾個(gè)機(jī)制確保了這一點(diǎn)，其結(jié)果就是性能顯著提升，功耗明顯降低。

HyperLane（超線程）技術(shù)

現(xiàn)代的GPU都需要支持多任務(wù)處理，為了能夠高效且安全地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，Imagination開發(fā)了HyperLane技術(shù)，并將其用于IMG A系列。從最低性能到最高性能的每款A(yù)系列GPU，都擁有8個(gè)獨(dú)立的硬件控制通道。這些通道在內(nèi)存中是相互隔離的，意味著可以有8個(gè)完全不同的工作負(fù)載同時(shí)運(yùn)行。這樣，不同的任務(wù)便可以同時(shí)交由GPU處理，從而實(shí)現(xiàn)了完全安全的GPU多任務(wù)處理。這一功能在目前的市場(chǎng)上是獨(dú)一無(wú)二的。

HyperLane技術(shù)還有一個(gè)特性稱為動(dòng)態(tài)性能控制，它可以確保GPU將性能合理地分配給多個(gè)圖形處理或計(jì)算任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)GPU利用率的最大化，從而提升實(shí)際性能。例如，你可以在使用信息娛樂(lè)系統(tǒng)的同時(shí)在GPU上運(yùn)行儀表盤，而不必?fù)?dān)心至關(guān)重要的儀表盤性能受到影響。關(guān)于動(dòng)態(tài)性能控制，Imagination在桌面處理器領(lǐng)域也進(jìn)行了很好的探索，一個(gè)物理內(nèi)核作為多個(gè)邏輯內(nèi)核出現(xiàn)，支持多任務(wù)同時(shí)處理，從而提升硬件資源利用率和多任務(wù)處理性能。

HyperLane技術(shù)也可以在安全方面為諸多應(yīng)用提供支持，例如數(shù)字電視、安防監(jiān)控等。對(duì)于數(shù)字電視的內(nèi)容提供商而言，一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題是通過(guò)數(shù)字版權(quán)管理來(lái)確保他們的內(nèi)容IP（無(wú)論是視頻還是音頻）安全。雖然有些競(jìng)爭(zhēng)廠商的GPU提供了“TrustZone（信任區(qū)）”特性，但這是一種“把所有雞蛋放進(jìn)一個(gè)籃子里”的做法，即所有應(yīng)用程序都部署在一個(gè)安全內(nèi)存中。而HyperLane技術(shù)的內(nèi)存隔離功能是將每個(gè)服務(wù)或應(yīng)用程序放在完全獨(dú)立的安全內(nèi)存中，因此即使一個(gè)應(yīng)用程序受到黑客攻擊也不會(huì)暴露其他應(yīng)用程序的內(nèi)容。

AI協(xié)同功能

IMG A系列GPU還支持一項(xiàng)新功能——AI協(xié)同（AI Synergy），該功能可支持SoC設(shè)計(jì)人員利用IMG A系列令人難以置信的計(jì)算能力來(lái)加速其AI工作負(fù)載。通過(guò)AI協(xié)同功能，GPU可以在提供圖形處理能力的同時(shí)，使用其備用資源支持可編程AI，同時(shí)固定功能的AI運(yùn)算則可以放在專用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器（例如Imagination的PowerVR 3NX NNA）上執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)更高的AI性能。AI 協(xié)同功能可在最小的芯片面積上支持可編程AI，而統(tǒng)一的軟件棧則可實(shí)現(xiàn)靈活性和出色的性能。

配置緩存空間

IMG A系列產(chǎn)品的另一項(xiàng)新特性是緩存大小可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行配置，從而支持用戶大幅度降低GPU的帶寬需求。用戶可以減少更多的系統(tǒng)級(jí)緩存，以減少使用系統(tǒng)內(nèi)存的需求，或者使用性價(jià)比高的外部RAM來(lái)降低功耗、發(fā)熱量和系統(tǒng)成本。

“完美像素”特性

“完美像素”特性可以歸結(jié)為在不犧牲圖像質(zhì)量的情況下提供出色性能的一系列技術(shù)。Imagination為了實(shí)現(xiàn)“完美像素”，在IMG A系列GPU中應(yīng)用了許多新技術(shù)和成熟技術(shù)。例如，Imagination獨(dú)有的PVRIC4圖像壓縮技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損壓縮或高度優(yōu)化的有損壓縮，從而確保至少減少50%的帶寬并節(jié)省50%的內(nèi)存占用。IMG A系列中還加入了新的細(xì)節(jié)等級(jí)算法和各向異性濾波算法，這兩種算法都能夠顯著提高圖像質(zhì)量。

IMG A系列支持各類應(yīng)用場(chǎng)景

之所以將IMG A系列GPU稱為“萬(wàn)物GPU”，是因?yàn)樗梢詾楦黝悜?yīng)用場(chǎng)景提供理想解決方案，包括移動(dòng)設(shè)備、游戲、汽車、數(shù)據(jù)中心/服務(wù)器、數(shù)字電視/機(jī)頂盒、安防監(jiān)控、桌面處理器、人工智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）等應(yīng)用。

下面列舉了一些IMG A系列可以提供支持的應(yīng)用案例。

游戲

由于散熱條件限制，大多數(shù)移動(dòng)GPU都很難提供持續(xù)一致的游戲體驗(yàn)，即它們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)可快速運(yùn)行，然后隨著芯片發(fā)熱，性能會(huì)下降到不可接受的水平，最后再也無(wú)法恢復(fù)，從而導(dǎo)致令人失望的用戶體驗(yàn)。

IMG A系列GPU可以通過(guò)提供持續(xù)穩(wěn)定的幀速來(lái)消除因芯片過(guò)熱導(dǎo)致的時(shí)鐘降頻甚至故障等情況，從而為游戲用戶提供最佳的體驗(yàn)。Imagination通過(guò)多種技術(shù)來(lái)確保實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)：基于分塊延遲渲染（TBDR）技術(shù)，IMG A系列GPU只需繪制屏幕上可見(jiàn)的內(nèi)容，這使它具有與生俱來(lái)的帶寬和功耗優(yōu)勢(shì)；使用了主動(dòng)動(dòng)態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)（DVFS）及時(shí)限調(diào)度（Deadline Scheduling）算法的先進(jìn)功耗控制技術(shù)，可提供具有超低響應(yīng)延遲的快速功耗控制能力；如果GPU的某些部分沒(méi)有得到充分利用或沒(méi)用于處理工作，它們就會(huì)被立即降頻甚至進(jìn)入睡眠狀態(tài)，以確保最佳的功耗效率。

此外，Imagination對(duì)“完美像素”的強(qiáng)烈專注也使得IMG A系列GPU可以為游戲用戶提供完美的圖像質(zhì)量。這體現(xiàn)在很多技術(shù)細(xì)節(jié)上，包括行業(yè)領(lǐng)先的視覺(jué)無(wú)損PVRIC壓縮技術(shù)、完全重新設(shè)計(jì)的各向異性濾波算法，以及其他一些全新設(shè)計(jì)的算法實(shí)現(xiàn)。

汽車

在現(xiàn)代化汽車中，數(shù)字儀表盤顯示的信息對(duì)駕駛員至關(guān)重要，因此要求GPU為其提供充分的性能支持。同時(shí)，諸如信息娛樂(lè)系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航等其他功能也需要GPU的支持。所有這些功能可以由單個(gè)高性能IMG A系列GPU來(lái)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)將Imagination的硬件虛擬化技術(shù)與HyperLane技術(shù)結(jié)合在一起，可以提供優(yōu)先級(jí)技術(shù)和完美的內(nèi)存隔離機(jī)制，從而使IMG A系列GPU在運(yùn)行上述所有功能的同時(shí)，可以確保主要任務(wù)的運(yùn)行效率并滿足用戶對(duì)其他功能的體驗(yàn)需求。這意味著，其他工作負(fù)載的運(yùn)行不會(huì)影響儀表盤的使用，同時(shí)當(dāng)其他工作負(fù)載出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)也可以保護(hù)儀表盤的數(shù)據(jù)不受影響。

數(shù)據(jù)中心

GPU作為高度并行的計(jì)算協(xié)處理器，其擁有的能力使其非常適合于加速包括3D圖形在內(nèi)的多種任務(wù)。IMG A系列GPU的設(shè)計(jì)可以滿足云端的圖形處理和計(jì)算需求，其將會(huì)推動(dòng)基于云的AI訓(xùn)練和推理以及未來(lái)云游戲體驗(yàn)的發(fā)展。此外，數(shù)據(jù)中心對(duì)于能效是非常敏感的，而IMG A系列的低功耗設(shè)計(jì)使其非常適合數(shù)據(jù)中心對(duì)能效的需求，比如HyperLane技術(shù)可以最大化GPU的資源利用率，從而可有效地提升能效。

IMG A系列IP內(nèi)核

IMG A系列GPU從多個(gè)維度實(shí)現(xiàn)了性能可擴(kuò)展性，從面向入門級(jí)市場(chǎng)的每時(shí)鐘周期處理1個(gè)像素（1 PPC）的組件，一直到用于高性能設(shè)備的速度高達(dá)每秒2萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算（2 TFLOPS）的內(nèi)核，甚至到針對(duì)云應(yīng)用的、速度超越2 TFLOPS的多核解決方案，IMG A系列可以面向各種性能需求提供支持。

Imagination最新發(fā)布的IMG A系列GPU涵蓋AXT、AXM、AXE三類產(chǎn)品，共七款內(nèi)核，其中包括四款高性能內(nèi)核，一款面向中端設(shè)備的內(nèi)核，以及兩款可為更低成本的細(xì)分市場(chǎng)提供最佳PPA指標(biāo)的內(nèi)核：

IMG AXT-64-2048旗艦版：擁有2 TFLOPS、64 Gpixels的性能，以及8 TOPS的AI性能。

IMG AXT-48-1536：面向高端手機(jī)，性能為1.5 TFLOPS、48 Gpixels和6 TOPS。

IMG AXT-32-1024：面向高性能移動(dòng)設(shè)備和汽車應(yīng)用，性能為1TFLOPS、32 Gpixels和4TOPS。

IMG AXT-16-512：面向中高性能移動(dòng)設(shè)備和汽車應(yīng)用，性能為0.5 TFLOPS、16 Gpixels和2 TOPS。

IMG AXM-8-256：面向中端移動(dòng)設(shè)備，性能為 0.25 TFLOPS、8 Gpixels和1 TOPS。

IMG AXE-2-16：面向高端物聯(lián)網(wǎng)、入門級(jí)數(shù)字電視/機(jī)頂盒（DTV/STB）、顯示和其他需要高填充率的應(yīng)用，性能為16 GFLOPS和2 Gpixels。

IMG AXE-1-16：面向入門級(jí)移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)，為同類產(chǎn)品中速度最快的支持Vulkan功能的GPU，性能為 16 GFLOPS和1 Gpixels。

面向未來(lái)

目前，Imagination已經(jīng)將IMG A系列GPU在多個(gè)市場(chǎng)中授權(quán)給了客戶，首批搭載該IP的SoC器件將在今年供貨。

本文介紹的只是IMG A系列 GPU的一部分功能特性和應(yīng)用場(chǎng)景，如果你想了解“萬(wàn)物GPU”的更多信息，歡迎點(diǎn)擊“此處”訪問(wèn)Imagination官網(wǎng)頁(yè)面。

更重要的是，IMG A系列GPU只是Imagination一個(gè)新的起點(diǎn)，他們制定了一個(gè)從IMG A系列開始的產(chǎn)品開發(fā)路線圖，在未來(lái)幾個(gè)月至幾年內(nèi)，他們將帶來(lái)更多的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。當(dāng)然，如果你正在為產(chǎn)品設(shè)計(jì)尋找GPU IP，那么IMG A系列無(wú)疑是你當(dāng)前最好的選擇。