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GPU領(lǐng)域再迎重大創(chuàng)新——全新Imagination DXTP GPU將功效提升20%

—— 功效比超高的DXTP GPU IP將為圖形計(jì)算與邊緣AI應(yīng)用SoC的創(chuàng)新提供巨大的幫助
作者:北京華興萬邦管理咨詢有限公司 翔煜 商瑞 時(shí)間:2025-03-14 來源:EEPW 收藏

于不久前正式發(fā)布了DXTP IP,這款新產(chǎn)品的亮點(diǎn)在于,在標(biāo)準(zhǔn)圖形工作負(fù)載下,其能效比(FPS/W)相比前代產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了高達(dá)20%的提升。作為 IP行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者,截至2023年的公開數(shù)據(jù)顯示,搭載 IP授權(quán)的芯片累計(jì)出貨量高達(dá)110億顆。這些芯片廣泛應(yīng)用于移動設(shè)備(包括智能手機(jī))、汽車、消費(fèi)電子產(chǎn)品和電腦等多個(gè)領(lǐng)域。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/202503/468142.htm

此次功效得到大幅提升的DXTP 的發(fā)布,正值在DeepSeek等大模型技術(shù)的推動下,邊緣AI設(shè)備廣泛興起的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型期,功效更高的GPU IP將為邊緣端側(cè)AI SoC的開發(fā)提供巨大的支持。同時(shí),DXTP GPU也是繼不久前發(fā)布比鎖步和雙備份成本低很多的、已獲得ASIL-B認(rèn)證的GPU分布式功能安全機(jī)制后又一個(gè)重大技術(shù)持續(xù)進(jìn)步。

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而回顧GPU的技術(shù)升級浪潮,可以發(fā)現(xiàn)Imagination始終以創(chuàng)新為核心動力,在近幾年不斷推出具有突破性的IP產(chǎn)品,從根本上重塑了圖形計(jì)算和人工智能領(lǐng)域的發(fā)展藍(lán)圖。因此,本文以Imagination在GPU領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新為例,通過盤點(diǎn)該公司近年來在GPU技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新,分析其長期堅(jiān)持的技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略,以及這一戰(zhàn)略與國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)公司在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)協(xié)同創(chuàng)新的機(jī)會,共同探索如何成為行業(yè)引領(lǐng)者實(shí)現(xiàn)雙贏,支持國內(nèi)芯片企業(yè)去實(shí)現(xiàn)更多的創(chuàng)新與突破。

Imagination:持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新助其成為GPU行業(yè)的引領(lǐng)者

2021年,Imagination推出了業(yè)界首款在移動平臺上支持硬件光線追蹤的GPU IP——Imagination CXT GPU,這一創(chuàng)舉在移動圖形處理領(lǐng)域具有里程碑意義。在CXT誕生之前,移動設(shè)備受限于硬件性能和功耗等因素,圖形渲染的真實(shí)感和沉浸感遠(yuǎn)不及桌面設(shè)備。

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CXT通過引入Imagination開發(fā)的PowerVR Photon架構(gòu)的光線加速集群(RAC),成功解決了這一難題。RAC采用了先進(jìn)的光線處理算法,能夠高效處理光線的傳播、反射、折射和陰影計(jì)算等復(fù)雜操作。

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CXT的光線追蹤技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算光線的傳播路徑,生成逼真的光影效果,使得游戲中的物體與場景之間的光影交互更加自然。此外,CXT在功耗控制方面也進(jìn)行了優(yōu)化。它采用了動態(tài)功耗管理技術(shù),根據(jù)光線追蹤任務(wù)的復(fù)雜度自動調(diào)整硬件資源的分配,在保證圖形質(zhì)量的同時(shí),盡可能降低能耗。這使得移動設(shè)備在運(yùn)行支持光線追蹤的游戲時(shí),不會因?yàn)楣倪^高而導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重或續(xù)航時(shí)間大幅縮短,為移動光線追蹤技術(shù)的普及奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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2023年,Imagination推出新一代的IMG DXT GPU,在CXT GPU取得成功的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步發(fā)展了光線追蹤技術(shù)。DXT  GPU具備可擴(kuò)展的光線追蹤功能,這一創(chuàng)新特性使廠商能夠根據(jù)不同的應(yīng)用場景和設(shè)備性能需求,靈活調(diào)整光線追蹤的精度和復(fù)雜度。對于高端游戲和專業(yè)圖形設(shè)計(jì)領(lǐng)域,DXT能夠提供更高質(zhì)量的光線追蹤。在有復(fù)雜渲染需求的大型游戲中,DXT不僅可以實(shí)現(xiàn)全域光照效果,并且模擬真實(shí)世界中光線在場景中的多次反射和折射,使整個(gè)游戲場景更加明亮和自然。同時(shí),DXT上的擴(kuò)展光線追蹤技術(shù)在專業(yè)圖形設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)和影視特效制作等許多領(lǐng)域,可以幫助設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)更加真實(shí)的渲染效果和更加逼真的虛擬場景,提高成品質(zhì)量和視覺沖擊力。

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Imagination在其DXT GPU中還加入了多項(xiàng)創(chuàng)新,例如“2D雙速率紋理映射”技術(shù),該技術(shù)能在同一時(shí)間處理兩種不同分辨率的紋理,通過智能切換紋理分辨率,在保證圖形質(zhì)量的同時(shí),顯著提升紋理處理速度,減少內(nèi)存帶寬占用。在復(fù)雜2D場景渲染中,例如手機(jī)游戲中的角色和場景繪制,它能根據(jù)畫面元素的遠(yuǎn)近和重要程度,動態(tài)調(diào)整紋理分辨率,近景和關(guān)鍵元素采用高分辨率紋理以呈現(xiàn)精細(xì)細(xì)節(jié),遠(yuǎn)景元素則使用低分辨率紋理,從而在不影響視覺效果的情況下,大幅提升渲染效率,優(yōu)化圖形處理性能。

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2023 年末,為了幫助桌面和數(shù)據(jù)中心客戶實(shí)現(xiàn)高性能的云端GPU創(chuàng)新解決方案,Imagination推出了DXD GPU IP。該款GPU的創(chuàng)新之處在于首次將Imagination的API覆蓋擴(kuò)展至DirectX,這一舉措顯著提升了DXD與Windows平臺上的應(yīng)用程序和游戲的兼容性。同時(shí),Imagination 的硬件虛擬化技術(shù) HyperLane 在DXD中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,該技術(shù)支持在單個(gè)GPU上安全且獨(dú)立地運(yùn)行多達(dá)八個(gè)操作系統(tǒng),這意味著當(dāng) DXD部署在服務(wù)器中時(shí),能夠支持多達(dá)八個(gè)用戶同時(shí)進(jìn)行游戲,極大地提升了服務(wù)器的使用效率,降低了云游戲的運(yùn)營成本,并為云游戲行業(yè)的發(fā)展帶來了創(chuàng)新的運(yùn)營模式。

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時(shí)間來到2024年9月,針對全球汽車智能化的需求,Imagination推出了其算力最高可擴(kuò)展至24 TOPS INT8的DXS系列GPU,該系列IP不僅為智能駕駛艙和先進(jìn)駕駛輔助(ADAS)等應(yīng)用所需SoC帶來澎湃的算力,而且轉(zhuǎn)為諸如汽車處理器等對安全性要求極為嚴(yán)苛的應(yīng)用,開發(fā)了結(jié)合GPU的計(jì)算模式特點(diǎn)并大幅降低成本分布式功能安全機(jī)制(DSM),這為汽車和工業(yè)等越來越多需要GPU的圖形處理能力和計(jì)算能力的電子系統(tǒng)帶來了巨大的創(chuàng)新。

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通過引入DSM機(jī)制,Imagination DXS GPU能以比鎖步或者功能備份等功能安全機(jī)制小得多的資源開銷實(shí)現(xiàn)ASIL-B級別的功能安全,這在降低了高昂的成本的同時(shí)還提升了效率。采用DSM分布式安全機(jī)制的DXS GPU已經(jīng)通過嚴(yán)格的ASIL-B認(rèn)證,汽車SoC開發(fā)商僅需增加大約10%的芯片面積就實(shí)現(xiàn)了功能安全,如果結(jié)合該公司的HyperLane硬件虛擬化技術(shù),還能大幅度提升這些汽車SoC的計(jì)算性能和效率。以自動駕駛系統(tǒng)為例,DXS能夠?qū)崟r(shí)、安全地處理海量的傳感器數(shù)據(jù),而HyperLane則通過虛擬化技術(shù)隔離數(shù)據(jù)和處理過程,在確保系統(tǒng)的安全性和可靠性的同時(shí),為自動駕駛芯片的創(chuàng)新提供了堅(jiān)實(shí)的支持。

集大成的D系列收官之作:DXTP融合創(chuàng)新服務(wù)端側(cè)AI

新推出的Imagination DXTP GPU是其D系列的巔峰之作,匯聚了前代產(chǎn)品的眾多優(yōu)點(diǎn)。它不僅繼承了DXT系列GPU的圖形處理能力和能效優(yōu)勢,例如“2D雙速率紋理映射”技術(shù),還融合了DXS系列的計(jì)算能力和能效優(yōu)勢,包括用于AI加速的大容量本地內(nèi)存。在能效方面,DXTP GPU表現(xiàn)出色,在常規(guī)圖形工作負(fù)載下,其功耗效率(FPS/W)比前一代產(chǎn)品DXT提升了高達(dá)20%。

在端側(cè)AI應(yīng)用場景中,這一特性對主控SoC尤為關(guān)鍵。以智能家居為例,搭載DXTP的芯片可以利用大容量本地內(nèi)存快速存儲和處理AI模型數(shù)據(jù),用智能攝像頭去實(shí)時(shí)識別畫面中的人物、物體,還能借助DXTP的高性能計(jì)算能力對識別結(jié)果進(jìn)行快速分析,例如判斷是否有異常行為等,然后及時(shí)向用戶推送警報(bào)信息,極大提升了智能家居主控SoC的智能特性和響應(yīng)速度。

DXTP GPU卓越的能源效率使其能夠在相同的功耗預(yù)算下實(shí)現(xiàn)更高的幀率(FPS),這使得下游相關(guān)方能夠在不影響電池續(xù)航的前提下,為終端用戶帶來更先進(jìn)的圖形處理體驗(yàn)和計(jì)算功能。DXTP GPU為SoC芯片設(shè)計(jì)公司帶來兩個(gè)方面的創(chuàng)新:首先是“利用率”顯著提升,它能將理論上的TFLOPS高效轉(zhuǎn)化為實(shí)際的FPS,實(shí)現(xiàn)了極高的效率,同時(shí)將功耗浪費(fèi)降至最低。

其次是DXTP GPU提供了芯片資源使用靈活性,它能夠處理圖形或AI工作負(fù)載,或者同時(shí)處理這兩種計(jì)算需求,因此在AI功能已成為智能手機(jī)等設(shè)備差異化競爭的焦點(diǎn)的今天,DXTP能夠支持在GPU上無需額外的芯片面積來專門用于AI處理,也不會犧牲用戶界面或游戲體驗(yàn),這體現(xiàn)了對芯片資源的高效靈活利用。

搭載DXTP GPU的新一代SoC已在設(shè)計(jì)之中

DXTP GPU提供DXTP-48-1536和DXTP-64-2048兩種配置,兩款產(chǎn)品均已經(jīng)向芯片設(shè)計(jì)公司出售了授權(quán),因此預(yù)計(jì)搭載該GPU的SoC將很快可以提供給系統(tǒng)廠商使用。其中,DXTP-64-2048在1GHz的運(yùn)行頻率下,具備64 GPixel/s的處理速度,能夠?qū)崿F(xiàn)2 TFLOPS的FP32、4 TFLOPS的FP16以及8 TOPS的INT8峰值計(jì)算性能;DXTP-48-1536同樣具備48 GPixel/s的處理速度、1.5 TFLOPS的FP32、3.0 TFLOPS的FP16和6 TOPS的INT8性能。

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在功能特性上,DXTP引入全新的靈活任務(wù)調(diào)度機(jī)制。該機(jī)制可實(shí)時(shí)監(jiān)測各個(gè)任務(wù)的狀態(tài)和資源需求,依據(jù)任務(wù)優(yōu)先級和實(shí)時(shí)需求動態(tài)分配計(jì)算資源。當(dāng)同時(shí)運(yùn)行圖形渲染和AI計(jì)算任務(wù)時(shí),能合理分配資源,確保系統(tǒng)高效運(yùn)行,提升整體性能和響應(yīng)速度,進(jìn)一步提高能源利用效率,有力推動邊緣AI應(yīng)用發(fā)展。

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DXTP 的均衡架構(gòu)設(shè)計(jì)同樣是一項(xiàng)創(chuàng)新。這種架構(gòu)通過優(yōu)化渲染計(jì)算的吞吐量,相較于前代產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了高達(dá)50%的性能提升。通過擴(kuò)展緩存容量和系統(tǒng)級帶寬,DXTP 構(gòu)建了更高效的通道,能夠更有效地替代 GPGPU 完成各類復(fù)雜計(jì)算工作,完成數(shù)據(jù)存儲和傳輸。在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)集時(shí),緩存能夠暫存頻繁訪問的數(shù)據(jù),從而減少讀取時(shí)間;而更高的系統(tǒng)級帶寬則確保了數(shù)據(jù)在不同組件間快速傳輸,有效避免了傳輸瓶頸。無論是實(shí)時(shí)渲染大型3D游戲,還是處理AI計(jì)算任務(wù)中的海量數(shù)據(jù),DXTP 都能憑借其架構(gòu)優(yōu)勢高效且穩(wěn)定地執(zhí)行。

此外,借助Imagination的低開銷HyperLane技術(shù),DXTP支持完全安全的GPU多任務(wù)處理,可同時(shí)運(yùn)行圖形和計(jì)算任務(wù),極大地提升了系統(tǒng)靈活性。例如,在智能汽車場景中,車輛行駛時(shí),DXTP 一方面要負(fù)責(zé)渲染高精度的 3D 地圖,為駕駛員提供清晰直觀的導(dǎo)航界面,實(shí)時(shí)呈現(xiàn)路況和周邊環(huán)境信息;另一方面,還要同步處理來自多個(gè)傳感器的 AI 計(jì)算任務(wù),如對攝像頭捕捉到的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)分析,識別行人和其他車輛,以輔助自動駕駛決策。這兩項(xiàng)任務(wù)對計(jì)算資源的需求都很高,且對處理的及時(shí)性和準(zhǔn)確性要求嚴(yán)格,DXTP 憑借 HyperLane 技術(shù),能將圖形渲染和 AI 計(jì)算任務(wù)高效分配到不同的虛擬環(huán)境中,讓它們互不干擾地穩(wěn)定運(yùn)行,保障了駕駛過程中的安全性和用戶體驗(yàn)。

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生態(tài)合作創(chuàng)新支持開發(fā)者更方便完成設(shè)計(jì)并復(fù)用成果

Imagination不僅在硬件技術(shù)上不斷創(chuàng)新,還積極構(gòu)建豐富的軟件生態(tài)系統(tǒng),推動 GPU 技術(shù)的廣泛應(yīng)用,展現(xiàn)了其全方位支持芯片設(shè)計(jì)企業(yè)及其用戶去實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的能力。

Imagination與Android和Linux生態(tài)系統(tǒng)緊密協(xié)作,致力于挖掘GPU的計(jì)算潛力。通過與這些主流操作系統(tǒng)的深度整合,Imagination為開發(fā)者打造了一個(gè)更加便捷、高效的開發(fā)環(huán)境。同時(shí),Imagination為開發(fā)者們提供了豐富的創(chuàng)新資源和強(qiáng)大的工具,包括定期更新的驅(qū)動程序、詳盡的指南和示例代碼,支持OpenGL/ES、OpenCL、Vulkan等多種標(biāo)準(zhǔn)。開發(fā)者可以根據(jù)項(xiàng)目需求選擇最合適的開發(fā)框架,從而提升開發(fā)的靈活性和效率,為創(chuàng)新應(yīng)用的開發(fā)提供了有力支持。

在圖形處理、GPU計(jì)算和人工智能領(lǐng)域,Imagination與UXL基金會開展合作,利用其oneAPI等開放標(biāo)準(zhǔn)支持開發(fā)者去降低創(chuàng)新門檻并充分復(fù)用創(chuàng)新成果。例如通過結(jié)合使用Imagination的OpenCL工具包,相較于開源人工智能方案,能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)4倍的人工智能應(yīng)用性能提升。這一合作成果為人工智能開發(fā)者提供了更加強(qiáng)大、高效的開發(fā)工具,加速了人工智能應(yīng)用在GPU上的開發(fā)和部署,推動了人工智能領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。

Imagination還擁有一系列功能豐富的開發(fā)者工具,可用于性能分析與調(diào)試,同時(shí)還提供帶有示例和指南的軟件開發(fā)工具包(SDK)。這些工具和SDK可從開發(fā)者門戶網(wǎng)站下載,并且已經(jīng)被眾多游戲工作室長期使用。Imagination的開發(fā)者社區(qū)充滿活力,便于分享經(jīng)驗(yàn)、解決問題。社區(qū)活動和競賽激發(fā)創(chuàng)新,技術(shù)交流讓開發(fā)者掌握最新動態(tài),而競賽則促進(jìn)了思想交流和應(yīng)用創(chuàng)新,營造了一個(gè)充滿創(chuàng)新活力的生態(tài)環(huán)境。

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通過前面介紹的這些創(chuàng)新產(chǎn)品、技術(shù)和生態(tài)舉措,可以發(fā)現(xiàn)Imagination一方面致力于從算力指標(biāo)、整體功耗、芯片面積、功能安全和架構(gòu)均衡性等基礎(chǔ)性能上挖掘性能極限正在重新定義GPU,另一方面還在架構(gòu)靈活性、用戶體驗(yàn)、特色功能和AI支持能力等產(chǎn)品特色功能上支持SoC設(shè)計(jì)企業(yè)及其用戶去引領(lǐng)或者適應(yīng)新的商業(yè)模式,第三還聯(lián)合產(chǎn)業(yè)內(nèi)外各類創(chuàng)新主體攜手推動這些技術(shù)更快轉(zhuǎn)化為智能化轉(zhuǎn)型的強(qiáng)大動力,共同去引領(lǐng)邊緣AI時(shí)代的創(chuàng)新發(fā)展。在邊緣AI快速發(fā)展的今天,Imagination在GPU領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新,不斷為SoC設(shè)計(jì)企業(yè)帶來可以引領(lǐng)市場的全新功能,還為整個(gè)圖形計(jì)算和人工智能計(jì)算在端側(cè)智能領(lǐng)域帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。



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