近日，Imagination隆重推出其新一代GPU IP產(chǎn)品IMG DXT。據(jù)介紹，DXT高配包括DXT72-2304 RT3，50%的性能增加和計(jì)算能力增加，標(biāo)配達(dá)到2.25T浮點(diǎn)運(yùn)算能力，72GB像素填充能力，9TB的AI推理能力，同時(shí)把D4光線追蹤技術(shù)進(jìn)行可配置化、可擴(kuò)展化，黃金搭檔搭配光線追蹤一起使用。

DXT產(chǎn)品主要是面向手機(jī)游戲。從ABI 2022年的調(diào)查顯示，手機(jī)游戲用戶會(huì)將會(huì)從2022年的26億增長到2030年的39億。此外，到2026年，85%的游戲玩家將首選在手機(jī)上玩游戲。Imagination認(rèn)為，手機(jī)游戲有三個(gè)趨勢是非常值得重點(diǎn)關(guān)注的：

越來越沉浸感的體驗(yàn)。

更高的性能，更流暢的體驗(yàn)。

低功耗，一直充電或者功耗比較大，這些對(duì)手機(jī)的玩家也是不可以接受的。

DXT產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)包括可擴(kuò)展的光線追蹤技術(shù)、可變速的著色技術(shù)，以及在手機(jī)游戲領(lǐng)域可以提高性能、降低功耗的關(guān)鍵技術(shù)。Imagination首席營銷官David Harold表示：“隨著移動(dòng)游戲市場的不斷增長，我們需要平衡該市場對(duì)低功耗的要求和對(duì)逼真沉浸式畫面的渴望。作為高效移動(dòng)光追領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，我們正在加快光追的采用并推動(dòng)整個(gè)生態(tài)的發(fā)展?！?/p>

讓光追變得觸手可及

最近一到兩年，光線追蹤的熱度很高。光線追蹤解決的是讓3D游戲場景中的光照更加貼近真實(shí)生活中的折射和反射。Imagination 中國區(qū)技術(shù)總監(jiān)艾克介紹說：“IMG DXT可以使移動(dòng)設(shè)備制造商能夠根據(jù)自己的設(shè)計(jì)目標(biāo)將光追技術(shù)集成到他們的系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）中。DXT的Photon架構(gòu)是目前唯一達(dá)到光追系統(tǒng)（RTLS）4級(jí)的光追設(shè)計(jì)，這意味著它能夠以業(yè)內(nèi)效率最高的方式提供領(lǐng)先的視覺效果。“

Imagination在光線追蹤領(lǐng)域有超過十年的技術(shù)積累和開發(fā)。根據(jù)技術(shù)特點(diǎn)的不同，Imagination提出了用于區(qū)分光線追蹤等級(jí)技術(shù)的RTLS系統(tǒng)。

第一級(jí)的光線追蹤技術(shù)都是軟件實(shí)現(xiàn)的，開銷比較大，CPU占用資源比較高。

第二級(jí)的光線追蹤技術(shù)對(duì)一些光和或者三角形碰撞用硬件處理，其實(shí)就節(jié)省了CPU資源，目前典型的桌面顯卡都是這項(xiàng)技術(shù)。

第三級(jí)的光線追蹤技術(shù)對(duì)BVH回溯就有硬件支持，這是光線追蹤描述大場景下的結(jié)構(gòu)，就是大小矩形框把整個(gè)場景描述，光線在這里碰撞需要回溯，放在硬件來做的時(shí)候能耗功耗比就下來了。

第四級(jí)的光線追蹤技術(shù)有別于前面，除了光和自動(dòng)測試和回溯，還能把相同光線上的光數(shù)統(tǒng)一計(jì)算，可以用統(tǒng)一的指令運(yùn)行。

第五級(jí)的光線追蹤技術(shù)是Imagination的儲(chǔ)備技術(shù)。

以前的光線追蹤技術(shù)很多都是應(yīng)用在PC和主機(jī)上。這樣的設(shè)備，本身的帶寬和能耗的要求是可以得到滿足的。但移動(dòng)端就不行,因?yàn)橐苿?dòng)端的能耗和運(yùn)算帶寬本身受到的限制比較大，所以要盡可能地把這些光線追蹤的能力都部署到硬件級(jí)別，才能更好地在移動(dòng)端解決光線追蹤的問題。2021年，Imagination發(fā)布光線追蹤技術(shù)，把這項(xiàng)技術(shù)引入手機(jī)領(lǐng)域，讓手機(jī)也能用上光線追蹤技術(shù)，當(dāng)年也因此獲得最佳IP設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。

艾克分享說：“DXT提供的是第四級(jí)別。與相同移動(dòng)配置下的CXT相比，DXT能夠?qū)⑻峁┛捎霉庾返拿娣e成本降低40%。開創(chuàng)性的光追GPU將為所有移動(dòng)設(shè)備用戶帶來最先進(jìn)的圖形技術(shù)?！?/p>

Vulkan?的片段著色率（FSR）技術(shù)

IMG DXT支持Vulkan的片段著色率（FSR）技術(shù)，為開發(fā)者帶來了性能上的裕量。FSR在盡可能不影響視覺質(zhì)量的前提下減少處理的片段數(shù)量并大幅提高圖形性能，同時(shí)通過減少投射到場景中的光線提高光追的效率，這意味著可以在更小的硅片面積上實(shí)現(xiàn)逼真的燈光和陰影。

FSR是一種可以在幾乎不降低圖像質(zhì)量的前提下減少片段著色器運(yùn)行次數(shù)的技術(shù)，能夠降低占用的帶寬與功耗。開發(fā)者可以控制FSR的使用力度，最極端的情況下甚至可以對(duì)一個(gè)4x4的片段區(qū)域只執(zhí)行一次著色器代碼，從而使工作負(fù)載減少近94%，實(shí)現(xiàn)同等的功耗和帶寬節(jié)省。所解放的性能使開發(fā)者能夠利用硬件來完成更多的內(nèi)容渲染，為玩家打造更高質(zhì)量的游戲體驗(yàn)。

全新三重通用著色器集群USC

IMG DXT GPU搭載全新的著色器處理單元（SPU）。SPU是一個(gè)硅片，包含一個(gè)用于計(jì)算任務(wù)的算術(shù)邏輯單元（ALU）和一個(gè)用于像素著色、幾何處理和光柵化邏輯的紋理處理單元（TPU）。

憑借全新三重通用著色器集群（USC）設(shè)計(jì)（3個(gè)ALU/TPU單元），DXT GPU將每個(gè)SPU的高端計(jì)算和紋理（ALU/TPU）性能提升50%以上，而以前的架構(gòu)只側(cè)重于雙USC設(shè)計(jì)（2個(gè)ALU/TPU單元）。這個(gè)改進(jìn)后的模塊使Imagination能夠創(chuàng)造出最高性能的高端移動(dòng)GPU--DXT-72-2304，這款GPU在1GHz時(shí)鐘頻率下具有72GTexels/s和2.5TFLOP FP32性能。

█ IP的技術(shù)趨勢

Imagination是世界第四大硅IP，就是硅知識(shí)產(chǎn)權(quán)的提供商。芯片設(shè)計(jì)通常由自主設(shè)計(jì)部分與外購IP組合而成。半導(dǎo)體IP行業(yè)處于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈最上游，可為芯片設(shè)計(jì)提供預(yù)先設(shè)計(jì)、經(jīng)過重復(fù)驗(yàn)證的、可重復(fù)使用的功能模塊。當(dāng)前，IP在芯片設(shè)計(jì)中的占比有提高的趨勢。

Imagination 公司副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理劉國軍分享說：“當(dāng)前，半導(dǎo)體開發(fā)的成本在不斷快速攀升。SoC或者芯片的設(shè)計(jì)者和提供商對(duì)第三方IP的需求將會(huì)迎來爆發(fā)式增長?！?/p>

隨著摩爾定律接近極限，IP的發(fā)展也出現(xiàn)了兩個(gè)尤為關(guān)鍵的趨勢。異構(gòu)變得很重要，Chiplet也變得很重要。劉國軍介紹：“我們的IP，其實(shí)過去幾年就在考慮和Chiplet合作，異構(gòu)計(jì)算就更不用講了。我們的GPU、CPU和AI都是為支持異構(gòu)計(jì)算來做的！”

Chiplet和異構(gòu)集成

Chiplet，小芯片，又稱為模塊芯片，是系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）集成發(fā)展到后摩爾時(shí)代后，持續(xù)提高集成度和芯片算力的重要途徑。它創(chuàng)新了芯片封裝理念，把原本一體的SoC分解為多個(gè)芯粒，分開制備出這些芯粒后，再將它們互聯(lián)封裝在一起，形成完整的復(fù)雜功能芯片。Chiplet最大的優(yōu)勢是降低成本和提升芯片集成度，且有利于后續(xù)產(chǎn)品迭代，加速產(chǎn)品上市周期。

日前，阿里達(dá)摩院發(fā)布的2023十大科技趨勢提到，面向后摩爾時(shí)代，Chiplet可能將是突破現(xiàn)有困境最現(xiàn)實(shí)的技術(shù)路徑。Chiplet可以降低對(duì)先進(jìn)工藝制程的依賴，實(shí)現(xiàn)與先進(jìn)工藝相接近的性能，成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)。從成本、良率平衡的角度出發(fā)，2D、2.5D和3D封裝會(huì)長期并存；同構(gòu)和異構(gòu)的多芯粒封裝會(huì)長期并存；不同的先進(jìn)封裝和工藝會(huì)被混合使用。Chiplet有望重構(gòu)芯片研發(fā)流程，從制造到封測，從EDA到設(shè)計(jì)，全方位影響芯片產(chǎn)業(yè)格局。

在顯著的技術(shù)方案優(yōu)勢下，Chiplet也早已引來多家巨頭競相布局。進(jìn)入2013年，更是多家企業(yè)相繼發(fā)布其Chiplet產(chǎn)品。1月6日，在2023年美國消費(fèi)電子展（CES）上，AMD發(fā)布了首款數(shù)據(jù)中心/HPC級(jí)的APU“Instinct MI300”，這款A(yù)PU采用的就是Chiplet（芯粒）技術(shù)，在4塊6nm芯片上，堆疊了9塊5nm的計(jì)算芯片，以及8顆共128GB的HBM3顯存芯片。1月11日，英特爾在北京發(fā)布了代號(hào)為“Sapphire Rapids”的第四代英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器，該GPU的一大亮點(diǎn)之一便是，它是英特爾首款基于Chiplet（芯粒技術(shù)）設(shè)計(jì)的處理器，擴(kuò)展了多種加速器引擎，被英特爾稱為“算力神器”。

Imagination作為IP領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，對(duì)Chiple的關(guān)注和戰(zhàn)略部署又是什么呢？為此，EETOP特別采訪了Imagination首席營銷官David Harold和Imagination技術(shù)產(chǎn)品管理高級(jí)總監(jiān)Stephen Barton。

EETOP：您如何看待Chiplet對(duì)IP企業(yè)發(fā)展的影響？當(dāng)前，Chiplet面臨的最大挑戰(zhàn)，您認(rèn)為是什么？

David Harold：作為一家IP公司，Chiplet對(duì)我們來說肯定是非常值得關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域，它意味著我們可以把原有的IP進(jìn)行重復(fù)使用。Chiplet應(yīng)用本身在制造、使用和設(shè)計(jì)都會(huì)更加方便展開這些異構(gòu)的計(jì)算，很多產(chǎn)品做成Chiplet以后可以在裝配前進(jìn)行提前測試，避免了在裝配完成后才發(fā)現(xiàn)測試失敗，沒有辦法通過。在這種情況下，失敗的是單一的Chiplet，不會(huì)影響到整個(gè)設(shè)備和Device。尤其對(duì)很多小的、初創(chuàng)型芯片企業(yè)，如果需要做SoC的話，那Chiplet將是一個(gè)比較好的切入點(diǎn)和新的切入方向。

當(dāng)前，Chiplet的最大挑戰(zhàn)就是接口過于碎片化，但這樣的挑戰(zhàn)比起Chiplet的發(fā)展給大家?guī)淼囊嫣幎?，未來效果肯定?huì)更好，所以值得大家克服這樣的挑戰(zhàn)。

EETOP：Imagination在Chiplet領(lǐng)域的推進(jìn)計(jì)劃是怎樣的？您如何看待像英特爾、ADM這樣的大半導(dǎo)體公司在Chiplet領(lǐng)域的發(fā)展？如果Imagination開發(fā)Chiplet的產(chǎn)品，著力點(diǎn)會(huì)放在哪？競爭優(yōu)勢又是什么？

Stephen Barton：我們當(dāng)初設(shè)計(jì)B系列GPU就已經(jīng)專門針對(duì)Chiplet做了相應(yīng)的設(shè)計(jì)，能夠更好地適應(yīng)未來在Chiplet中的應(yīng)用。這樣的設(shè)計(jì)理念和思路也將會(huì)延續(xù)下去，包括現(xiàn)在的D系列以及以后新的GPU里面。

David Harold：其實(shí)Chiplet是介于IP和芯片組之間存在的形式，英特爾這樣的大型半導(dǎo)體公司就更像是可以利用Chiplet把內(nèi)部原有的IP技術(shù)變得像我們一樣進(jìn)行IP化，就是把X86往ARM或者RISC5的方向發(fā)展，大的半導(dǎo)體公司也會(huì)利用這樣的機(jī)會(huì)拓寬外部的IP市場，一定程度上變得像一家IP公司一樣，通過這樣的方式運(yùn)營。

很多異構(gòu)架構(gòu)把CPU、GPU、AI和以太網(wǎng)結(jié)合到一個(gè)Chiplet，這確實(shí)可以帶來很多未來先進(jìn)的應(yīng)用場景，也有很多機(jī)會(huì)，會(huì)在某些特定的市場上大放異彩。手機(jī)上一直推行采用最新的工藝節(jié)點(diǎn)和SoC，可能Chiplet不會(huì)那么快地展開手機(jī)場景中的應(yīng)用，但其它應(yīng)用場景比如汽車或者消費(fèi)電子，Chiplet都是大有可為，我們自己也非常感興趣。

再加上另外一個(gè)趨勢，就是異構(gòu)計(jì)算。我們公司對(duì)RISC-V一直都是很有信心的。它一定會(huì)帶來顛覆性的、巨大的變化，改變很多的東西，只不過這個(gè)過程會(huì)是需要時(shí)間的，可能是十年以后。我們希望GPU IP可以成為諸多RISC-V架構(gòu)的首選，現(xiàn)在有很多RISC-V相關(guān)的IP Vendor，但能提供GPU IP的并不多，我們希望進(jìn)一步鞏固這種領(lǐng)導(dǎo)地位。

EETOP：談到汽車行業(yè)，這是大家都非常關(guān)注、也是未來非常重要的一個(gè)市場。在汽車領(lǐng)域，SoC有一個(gè)趨勢，就是把CPU和GPU集成在一塊，這個(gè)方向是不是未來的技術(shù)趨勢？除了這個(gè)趨勢以外，SOC目前還有哪些值得關(guān)注的方向？Imagination2023年在汽車領(lǐng)域有沒有什么汽車創(chuàng)新和技術(shù)部署的規(guī)劃？

David Harold：目前對(duì)車輛相關(guān)的解決方案有多種不同的設(shè)計(jì)形式，其中包括異構(gòu)計(jì)算，也有把CPU和GPU捆綁整合在一起，放在車輛上的同一位置或者以傳統(tǒng)的方式分開，放在不同的離散連接方式，通過離散的方式連接起來放在車內(nèi)不同的位置?，F(xiàn)在還不能確定哪種趨勢就已經(jīng)成為技術(shù)路線上的一種主流。我們是比較偏向于異構(gòu)計(jì)算，畢竟我們自己在AI、GPU和CPU方面的能力都很強(qiáng)，也有很強(qiáng)的能力合理地在這些不同的芯片中分配合理的工作量。針對(duì)這些車輛上的應(yīng)用有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，不管采用何種方式進(jìn)行架構(gòu)的部署，最重要的一點(diǎn)就是所有設(shè)備都要符合車規(guī)級(jí)的要求，達(dá)到ISO26262的標(biāo)準(zhǔn)，ISOD和ISOB。

目前Imagination已經(jīng)有很多IP應(yīng)用在數(shù)以萬計(jì)的車輛，也有相應(yīng)的其它技術(shù)儲(chǔ)備，HMI、ADAS高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)，車輛使用的CPU、GPU和這些設(shè)備中的連接方式等，而且都是能夠符合車輛功能安全級(jí)別。車輛專屬的設(shè)計(jì)在我看來是比其它的整不整合更加重要的事情，我們現(xiàn)在已經(jīng)有了專門為車輛應(yīng)用去做設(shè)計(jì)的能力、團(tuán)隊(duì)以及心態(tài)，這才是目前最重要的一點(diǎn)。

補(bǔ)充一點(diǎn)，汽車行業(yè)真的已經(jīng)開始越來越多地應(yīng)用RISC-V架構(gòu)的CPU，我們第一家RISC-V的客戶就是車企，現(xiàn)在有越來越多的企業(yè)嘗試嵌入式的RISC-V，如Google定義未來各種設(shè)備都會(huì)采用RISC-V，包括移動(dòng)端，我們認(rèn)為最先到來的使用RISC-V，大規(guī)模的使用場景一定會(huì)是汽車行業(yè)。

█ 結(jié)束語

Imagination是世界第四大硅IP，就是硅知識(shí)產(chǎn)權(quán)的提供商。Imagination有近三十年的技術(shù)積累，是以GPU立足行業(yè)，核心技術(shù)有著非常大的優(yōu)勢。

劉國軍分享說：“過去三年，Imagination最大的變化是更換新的CEO、制定公司整體戰(zhàn)略以及中國戰(zhàn)略。新的戰(zhàn)略主要Focos四大應(yīng)用領(lǐng)域：傳統(tǒng)的Mobile，Consumer、Automotive、Data Centre。其中

Automotive是Imagination的傳統(tǒng)強(qiáng)項(xiàng)，目前我們的汽車GPU還是市場占有率超過一半。不過，新的GPU既要用于渲染又要用于計(jì)算，這是一個(gè)新的變化。這也是我們當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)之一。”

緊緊抓住中國市場，是Imagination應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的關(guān)鍵策略之一。據(jù)劉國軍介紹，在過去的兩年，Imagination中國業(yè)務(wù)的增長帶動(dòng)整個(gè)新的Imagination在過去的年增長率達(dá)到33%。目前，Imagination正在加大中國的生態(tài)建設(shè)，從整機(jī)廠到游戲廠。

劉國軍表示：“作為Silicon IP的主要提供商，Imagination的成功正是跟整個(gè)行業(yè)、客戶以及合作伙伴一起，生態(tài)化發(fā)展。希望Imagination擁有這些核心技術(shù)以及IP價(jià)值位置，能夠給中國半導(dǎo)體既有挑戰(zhàn)又有機(jī)遇、有著非常巨大發(fā)展?jié)摿Φ氖袌鲎龀鑫覀儜?yīng)有的貢獻(xiàn)?！?/p>

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