Imagination:SoC GPU的崛起和重新调整

2017年3月初, Imagination举办了年度技术峰会。在会议上,我们的高层主管人员和合作伙伴进行了为期一天的讨论。讨论的主题范围广泛,从增强现实(AR)和虚拟现实(VR),再到异构计算和物联网安全,均有涉及。当然,我们还讨论了PowerVR GPU IP的最新发展趋势,该IP在性能和功效方面将继续保持行业领先。

在会上,PowerVR商务部高级主管克里斯托夫·比茨发表了演讲,题为:“有升必有落:SoC GPU的崛起和重新调整。”本文便是基于这篇演讲。在本文中,我们将谈论技术和市场力量如何塑造SoC GPU的需求;以及根据特定细分市场的需求和优先事项,GPU需求如何变化。我们将提出一些有根据的推测,展示2025年SoC图像使用案例。

正如我们在Imagination所了解的,由于智能手机的驱动,嵌入式GPU在新世纪头十年的中期经历了巨大的发展,我们将原PowerVR MBX内核用于移动设备和 PowerVR SGX继承版。有了这些突破性的开端,以后每一代新硬件的性能都大幅提升。消费者也迅速适应具有高质量、流畅的帧速率及功效的游戏。

不过,创建游戏的软件开发人员总是寻求可以展示更高视觉质量的方法,同样,消费者的要求也越来越高。目前,任何使用显示屏的给定设备,无论是智能手机还是车载娱乐系统,都对高质量的图像效果有了很高的期待。

升必有落:SoC GPU的崛起和重新调整

PowerVR的战略总是优化特定市场的产品设计,如VR

在我们谈论影响SoC GPU增长的因素之前,首先对“性能”进行界定。GPU测试经常引用三角形、多边形和几何图形率。但目前,性能已达到一个水平,在这个水平上,性能已成为本质上满足任何现代移动游戏标题需求的商品。因此,它实际上并不能进行相关或有用的区分。

更关键的指标是像素和纹理填充率。这些与配备了4K 60Hz显示屏设备的显示分辨率和刷新率有关,这就需要更强的功率来达到原始帧率。

芯片的GFLOPS功能指的是每秒处理的浮点操作,这关系到游戏展示的特效效果。

可以使用GPU作为纯计算引擎,GFLOPS同样也是关键指标。视觉应用程序的神经网络便是这样的例子,对于这个应用, PowerVR支持最新的开放标准,即OpenCL和OpenVX 1.1。

PowerVR一直能迅速响应,支持最新的图形API,从MBX的OpenGL ES 1.1,到支持OpenGL ES 3.2的最新GPU。且其一直能与Vulkan的更新保持同步,即目前可用的最现代化的Khronos API。

最后,还应该根据解决特定市场需求的功能来评判GPU。这就包括机顶盒和电视市场要支持YUV 10-bit;高带宽应用使用高效无损的帧缓冲压缩 (如PVRIC),如电视;硅DRM用于安全处理视频;以及满足全自动汽车市场功能性安全需求的特性。

秉承这一点,SoC制造商在创建产品时,需要做出有关GPU的何种选择?我认为应该考虑四个方面:成本、功耗/热预算、技术的局限性和市场趋势。

成本因素

首先便是成本。GPU是一片结构复杂且造价昂贵的硅,在细分市场存在价格压力。通过增加更多集群便可以提升GPU的性能,但除非相比上一代产品,这一部分所基于的制造工艺更小,否则耗用功率将增加,使产品竞争力不足。不过,使用新的工艺技术成本高,对于更小的SoC制造商而言,单流片成本就十分昂贵。因此,构建SoC时需要仔细平衡设计选择和风险——高成本意味着,产品的出售成本也相应提高,以此来进行补偿,而这样会缺失保障。

功率和热预算

功率和热预算也是关键因素,同时,还需要仔细考虑设备因素,无论是大型智能手机、智能手表、或是汽车平视显示器。台式机显卡的功率有上百瓦,这对于移动设备而言不适用。

还必须考虑使用场景。例如,VR智能手机的设计者必须考虑将手机置于头戴式耳麦内产生的热影响。因为这样做会改变设备的热特性,长时间全功率运行会生成很大的热量。这将增加设备过热的风险,让GPU减速,或停止运行,直至设备完全冷却,这样一来,便大大降低了用户的VR体验感。

升必有落:SoC GPU的崛起和重新调整

来自MediaTek的视频演示了PowerVR Series7XT芯片运行时,其生成的热量比同类竞争产品要低10%

技术障碍

第三,存在技术上的局限性。这与内存技术有关。GPU的高带宽需求意味着对快速存储有需求,但最新的技术,如高带宽内存(HBM),在符合移动电源预算的数据包中不可用。

增加屏幕分辨率缺乏推动力,这也限制了增加GPU功率的需求。智能手机和HDTV一直热衷于1080p,4K发展平稳但缓慢。而对于8K的需求,仍然还很遥远,最终需要在性能上有大幅跃升。

市场趋势

趋势,或者说是短暂的时尚,可以推动SoC制造商对更高速GPU的需求。例如,智能手机的3D显示屏较为短寿,而3 D电视则一直坚持到2016年,不过,它的身影将完全消失在2017年的DTV阵容中。

业内传言也会发挥作用。从下图可以看出,2010年,业内暗示,智能电视游戏(不是游戏机)将成为行业趋势且极具竞争力。于是,电视制造商纷纷投入,使用高端GPU来武装电视产品,高端GPU计算功能强大,在峰值时能达到每时钟FP32精确度128 FLOPS。正如我们所知,这一趋势并未实现,因为需求转向了流媒体应用程序,对于电视GPU高GFLOPS的需求则降低了(因此,这也正印证了本文的标题,凡事有升必有落)。

升必有落:SoC GPU的崛起和重新调整

PowerVR的焦点始终是,为特定的细分市场提供与其真实需求匹配的最好的解决方案:使性能和效率最大化,这也是市场所需的,即硅占用面积及成本皆最低的解决方案。我们的方法包括,根据特定的需求,每时钟处理的像素量、GFLOPS和功能皆不同。这就让我们与竞争对手区分开来。通常,其它方案采取的是,GPU上的所有内容都以一个简单的线性方式进行扩展,这种方式增加了不必要的成本,且由于带宽竞争,使得扩展十分低效。

PowerVR具有巨大的市场吸引力,因为它有效地平衡了价格和性能。在智能电视市场,可以预估,目前,70%的设计获得了PowerVR Series8XE许可。我们期待,2018年,使用GPU架构的产品将不断问世。

总结

可以看到,有很多因素会影响GPU的创建,且市场对GPU性能和占用面积的需求既有可能升,也有可能降。Imagination总是关注市场动态,并继续致力于满足消费者的需求。

我们发布了Series8XE和SeriesX8E Plus GPU,其优化了成本效率,满足了入门级乃至中端市场的需求,且XT系列将以市场为导向,提供更佳的性能和功效。

补充:展望未来

GPU设计的未来走势是什么?回首过去的发展历程,我们可以更有信心地展望未来的十年。我们已经酝酿了一批好的设计,如折叠显示屏将成为常态。最先在谷歌眼镜中引入的AR显示屏等技术,未来将获得更广泛的认可度, 尤其是,这项技术将不断被接纳,最终将与传统的眼镜一样,走入千家万户。

GPU的发展趋势是,将应用于全自动驾驶汽车等市场的神经网络,同时,其发展所需的AI在未来将演变为超级智能的交互式智能助手。

升必有落:SoC GPU的崛起和重新调整

Mercedes F-015概念汽车采用的是全方位显示屏

有了光线追踪IP,真实感图像渲染将成为新常态。同时,16K显示屏将在家居和全自动驾驶汽车中以全方位全屏形式展示。

因此,未来总是流畅的,它将以前所未有的清晰度、流畅度和高效性呈现在显示屏上。

英文链接:
https://www.imgtec.com/blog/the-rise-and-re-size-of-the-gpu-in-socs/

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