Imagination推出B系列GPU IP,力挺本土晶片的圖形渲染和AI創新

2020年10月，半導體智慧財產權（IP）供應商Imagination Technologies在京舉辦了IMG B系列圖形處理器（GPU）新技術暨IP新產品發布會。B系列革命性地採用了多核技術，它們支持更高性能，同時晶片面積比前代產品更小。藉助其原生的可擴展性，B系列是諸多應用市場的終極解決方案，包括Imagination傳統的市場——行動裝置、汽車、數位電視等，以及新的桌面PC、數據中心等。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202010/419732.htm

多核是否會成為GPU的未來趨勢？B系列IP對標市面上現有的哪些GPU晶片？為何B系列會專門推出一個型號面向汽車領域？本土企業用IP有何挑戰？為此，電子產品世界等媒體採訪了Imagination的相關領導。線上是英國總部的首席營銷官David Harold，技術產品高級總監Kristof Beets, 線下是副總裁兼中國區總經理劉國軍，中國區戰略市場與生態高級總監時昕等。

圖 Imagination首席營銷官David Harold、技術產品高級總監Kristof Beets,副總裁兼中國區總經理劉國軍，中國區戰略市場與生態高級總監時昕

1 GPU多核是否是趨勢

此次發布的B系列的一個亮點是增加了多核技術，那麼，多核技術架構是不是會成為未來主流的一種技術趨勢？原有的單核的產品是否會逐漸被多核替代?

我們應該在單核和多核之間達到一種平衡。單核模塊對細節的優化是非常高效的。但是如果把單核做得過大，對布局、設計和擴展就比較難做的。多核能帶來更好的擴展效果、設計和布局。這就是為什麼在多核方面有很多的模塊，以應對不同的市場。BXT有4款產品，應對到不同的專業市場。

另一方面，市面上GPU的工作負載也有很大的改變，越來越多樣化，有圖形渲染的需求，有計算的需求，有更大更小的需求，這就帶來了GPU的布局和架構變化的需求。多核架構能更好地實現最優化，以滿足不同GPU工作負載的布局。而單核/單片平臺對大工作負載是有效的，但對於小工作負載的效率很低。因此，Imagination的靈活多變的動態的多核架構，可以把大的工作負載來細分，切分成不同的小的工作負載，並且同時進行操作。這對多樣性和靈活度來說都是有好處的。

同時從單核、多核趨勢角度來看，GPU的這種多核趨勢是和CPU之前的向多核發展的趨勢是類似的。所以此次發布的B系列是多核架構，它更加靈活，而且更加具有動態性，所以不僅僅能帶來更好的渲染/性能，同時降低了功耗，還有可以滿足chiplet（小晶片）需求。

圖 B系列從左至右，分別面向低、中、高和汽車應用

2 Chiplet的趨勢

chiplet在GPU行業裡是個主流趨勢，無論是英偉達還是AMD都在進入這個領域。所以imagination非常合理、也非常有必要地要賦能客戶實現chiplet能力。

chiplet的出現是因為現在處理器的成本非常高。與傳統的1個處理器來負責1個性能點的做法不同，chiplet架構由不同的組件構成，然後在獨立的軟體上進行設計和執行。因此，不同的chiplet可以用不同的工藝節點來製造，甚至可以由不同的供應商來提供，這樣可以減少設計時間和成本。

但是chiplet有個問題：在裸片之間信號的傳輸可能會受限制，所以Imagination的多核架構和去中心化措施堪稱完美的解決方案，解決了大量的信息集中到單一模塊上的這種問題。這種去中心化的多核架構很好地符合了chiplet的趨勢。從客戶那裡獲得的反饋是性能有大幅提升，也不存在裸片之間的信號傳輸問題。

圖 BXT系列GPU是1個4核部件

3 與主流GPU晶片的對標

B系列GPU IP面向桌面級和數據中心，對標的是友商的哪款GPU晶片？

實際上很難直接去對標，因為IP和晶片有不同的評測方式。要等採用了IP的晶片出來之後才能去跑分。目前來看，一個量化指標是TFLOPS(每秒萬億次計算)。IMG B系列可提供高達 6 TFLOPS的計算能力，並通過多核技術，支持更高性能。

另一個指標是每瓦性能表現。PC等桌面高端顯卡高峰時的功耗達到幾百瓦，這是可接受的，但有些應用，例如數據中心很難接受，因其自然散熱條件不能充分散熱，只能通過被動方式散熱，例如會把頻率降低，從而使功耗低一些。在這樣的場景下，Imagination的優勢可以體現出來，因為Imagination的GPU IP傳統上是為移動產品應用的，基本上就是幾瓦，這樣來看B系列在功耗上更有優勢。

從圖形角度來看，Imagination不能像市面上的GPU晶片公司一樣直接比TFLOPS，因為這不準確，僅供參考，因為還要有結合的場景。但至少Imagination有信心：做桌面級的處理是沒有問題的，B系列也能達到TFLOPS。

目前，在桌面GPU和雲端平臺上，已經有5家中國客戶在與Imagination接洽。

4 汽車電子的獨特需求

B系列的上代——A系列不是按照應用劃分，而是性能。B系列有專門面向汽車應用的子系列BXS。為什麼要把汽車部分單獨提出來？這和A系列運用於汽車的產品之間的區別是什麼？

Imagination有多年和汽車行業夥伴的合作經驗，也了解到汽車行業的工作特點，所以才將之前幾代的GPU IP進行了調整，來更加適合汽車行業。

首先，性能方面。消費產品用內核市場與汽車行業是完全不同的，消費行業的流程是：內核會有一個內存的請求，然後進入到SoC，之後再進入到DDR，再回去。

但是汽車行業不同。汽車業SoC的很多操作是要實時進行的，這就對內存控制等優先級要求很高，要求低延遲，比消費產品市場有2倍的提升。Imagination設計的GPU架構允許這樣的延遲的提升。

另外，汽車行業的圖像渲染要求和遊戲、消費類行業也不太一樣。在汽車行業，自動駕駛所需要的圖像渲染的能力更加簡單直接，所以BXS從幾何渲染的角度進行了微調。

再有，要確保GPU IP能完全滿足ISO26262標準（如下圖）。

此外，BXS做了很多小的架構方面的改進，來確保GPU能進行自我檢測。為此，融入了很多GPU的自然冗餘，以確保計算結果是正確的；同時能將一些誤判不回饋給系統。

最後，Imagination有RISC-V固件，還有基於CRC的動態數據的完全性保護，例如Imagination在工具包裡有很多工具來保證自動駕駛過程中的功能安全性。

在這個過程中，包括硬體的設計，駕駛軟體的設計，以及內部的安全管理信息的開發，以及和汽車行業夥伴的合作，使Imagination了解在汽車自動駕駛的過程中真正的工作負擔是什麼，並了解從圖像渲染和計算算法方面是從什麼角度來切入，這樣，通過微調才能真正實現滿足市場的所有需求。

但是相比之下，很多競品只將一個消費類產品的移動端內核重新封裝，然後複製到汽車行業，並不是一個真正的汽車行業的自動駕駛級別的解決方案。

而Imagination從根本上來實現內核的改變，從安全性和驗證角度，將內核進行重新的改變，完全適應汽車行業和自動駕駛和ADAS（高級輔助駕駛系統）的需求。這才能為客戶提供最好的汽車行業的GPU IP內核。

值得一提的，Imagination汽車行業的GPU團隊並不是從Imagination整體的GPU團隊中分離出來的一個小團隊，而是一個獨立團隊，與其他行業GPU IP團隊並行工作。

那麼，Imagination如何滿足無人駕駛產業的需求？

到目前為止，很多無人駕駛的測試平臺是通過桌面GPU的算法實現的，這種算法是浮點運算能力和神經網絡計算能力。自動駕駛汽車要真正成熟，需要有異構的計算平臺，即GPU+NNA的並行計算能力。Imagination的多核架構可以滿足功能安全性，為自動駕駛市場提供功能安全性和靈活性的解決方案。

具體地，從功能安全性的角度，Imagination可以提供硬體級的保證。在汽車驗證過程中，Imagination的方案可以在核內進行。例如在異構平臺上，即把GPU和神經網絡加速器（NNA）整合到同一平臺上（如下圖），通過GPU的動態性能控制和多任務機制以及GPU和神經網絡加速器（NNA）之間的協同工作機制，可以輕鬆地同步應對圖形處理和AI計算任務；再發展到自動駕駛，對算力有超高需求時，Imagination的多核NNA就可以充分發揮作用。

另外對於汽車行業，性能也是非常重要的。自動駕駛汽車在行駛過程中會產生大量的熱，算法平臺需要在一定的性能下滿足功耗的降低，而Imagination的架構在性能的優化和功耗降低方面能滿足自動駕駛汽車行業的需求。

最後，Imagination在汽車行業有很多的合作夥伴，有的已有10~15年的合作經驗，這些終端用戶無論是汽車主機廠還是汽車供應鏈上其他的用戶，給了Imagination使用反饋，使Imagination能在汽車行業給出理想的解決方案。

5 下一代GPU IP的挑戰

在下一系列的產品中，就是C系列，如果性能持續保持或超過現在的增長速率，需要突破的關鍵技術大概會有哪些？

正如很多大型IT企業所提到的，就是工藝節點的問題。目前為止，在有限的空間裡，電晶體的密度越來越高了，以滿足在有限的空間裡實現我們想要實現的性能，無論是7 nm、5 nm還是3 nm。但是還有一些其他的挑戰。例如在有限的空間和帶寬內提升性能，同時降低功耗。另外帶寬也是一個問題，在過去幾代的手機端已經看到在功耗限制下，手機的性能提升也不那麼明顯了，Imagination此次發布的B系列，在這方面有自己的建樹，Imagination在人工智慧和光線追蹤這2個領域的技術，也能為未來大規模提升性能模塊有一定的幫助。

6 中國市場如何降低專利風險

中美貿易摩擦導致中國公司在晶片領域有較大的風險，貴公司如何幫助中國公司規避風險？

中國的很多客戶在此前對美國技術有過分的依賴，但在中美貿易摩擦中無法進口美國的技術，而且美國對中國大量的技術出口的意願也受到打擊。因此，中國企業要避免對美國技術的過分依賴，同時更快地發展中國本土的半導體產業。

Imagination是少數擁有圖形處理基本專利公司之一，另一方面也是唯一一家非美國的擁有基本GPU IP的公司，所以可以非常合理地進入到中國，與中國的合作夥伴進行密切的合作。

7 是否成功取決於生態

Imagination的GPU IP可用於中國哪些市場？

這和生態系統有很大的關係。Imagination的客戶是晶片的設計者，以及客戶的客戶，取決於它們在某一個應用市場。特別是AI，Imagination有異構計算平臺來進入AI邊緣或雲端的計算，前提是雲端或桌面AI級計算的應用要能起來。所以每個垂直應用的市場都需要一個完整生態的建立。

Imagination現在對生態的建立，特別是在中國的生態建立是非常重視的，公司目前在不斷地在招募新員工。

8 中國的晶片設計水平和歐美的比較

Imagination的IP在歐美的關係就是直接買賣。但中國公司或從業人員跟國外的不一樣，成熟度有差距，包括做SoC或大晶片，生態/軟硬體，以及設計高手等。

儘管國內少數公司的設計高手的水平已經超過國外的，但是大部分公司的團隊成熟度還是跟歐美有差距。因此他們對EDA工具和IP提供商的依賴度很高。所以Imagination在中國的技術支持的方式和力量都不一樣，需要大量的現場支持，這還是針對常規的公司。國內還有很多初創公司，很多人沒有production（生產）的經驗，所以要求Imagination的支持方式完全與歐美不一樣。歐美哪怕一個小的團隊，設計能力和做事的成熟度也比國內一些團隊的成熟度高——但這不一定是說歐美公司就比國內的厲害。因為一家公司是否成功，還涉及到第二點——企業的商業文化。國內工程師可以做到996（員工上班時間從早上9點開始，到晚上9點下班，每周工作6天。），英國是絕對不可能的，美國也是極個別的公司才能做到996。

具體地，歐美成熟的fabless（設計晶片公司）購買產品，他們都按照規矩和流程，例如他們需要你的支持，怎樣支持。因為他們自己有非常清晰的怎樣做SoC項目的流程。

包括利潤率的要求也不一樣，歐美往往要求毛利不低於60%，歐美做的速度也有規律，他們不是看到你的這個產品賺錢，我也要去做這個。但中國是這樣的，如果這個賺錢，我就做，而且要快，快就變成了996。前不久還聽說了007（一天24小時待命，每周7天）。這是中國市場普遍存在的特點，而且即使他做不到，他也一定想這麼做，因為如果產品雷同，他不這麼做，根本活不了。

所以在這樣的要求下，Imagination的支持或客戶用IP的方式都不一樣。但是也正因為有這樣的文化，所以只要Imagination的產品是好的，他們確定是有價值的，他們就會採用。

中國的創新力也是驚人的。例如國內某大型晶片設計公司，劉國軍副總裁一二十年前在一家美國EDA公司時，就跟該公司打交道，美國人不能相信一個剛出來的設計方法，該公司居然花了不到1年的時間，使用的效果超過了Cisco。

為此，劉國軍副總裁一直跟英國、美國人講這個故事，這家國內晶片公司當時不去花錢買顧問服務，當時的產品手冊全是紙質的，有1尺高，該公司的工程師白天黑夜地去摳那些東西，最後用出來的效果超過了預期。

所以中外的商業文化不一樣。

那麼，相比歐美，中國的方式更好嗎？這很難評判。因為歐美的流程的效率其實挺高的，他們做出來的東西基本上不太會同質化。

但是你說這不好嗎？國內企業就是能做出來歐美人都不敢相信的事情。

所以針對B系列，國內企業會把Imagination的東西用起來，這沒問題；其次，這個用法跟歐美不一樣，所以Imagination的支持方式要努力適合國內的特點。