芯東西（公眾號(hào)：aichip001）
作者 | ?ZeR0
編輯 | ?漠影
芯東西9月11日?qǐng)?bào)道，今日，英國(guó)半導(dǎo)體IP供應(yīng)商Imagination推出用于車(chē)載智能和交互的汽車(chē)圖形處理器（GPU）IP產(chǎn)品IMG DXS GPU。其峰值性能比上一代汽車(chē)GPU IP提高了50%，可擴(kuò)展至192GPixel/s、6TFLOPS、24TOPS，通過(guò)軟硬件協(xié)同優(yōu)化可將計(jì)算工作負(fù)載性能提升多達(dá)10倍。
據(jù)介紹，全新DXS GPU具有可擴(kuò)展、靈活的特點(diǎn)，專(zhuān)為處理駕駛艙、信息娛樂(lè)和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中的圖形和計(jì)算工作負(fù)載而設(shè)計(jì)，能支持一輛汽車(chē)的所有圖形和計(jì)算要求，算力可從單核0.25TFLOPS擴(kuò)展到1.5TFLOPS。
該處理器并引入了創(chuàng)新的分布式功能安全機(jī)制，消除了在Imagination處理器上實(shí)現(xiàn)ASIL-B等級(jí)功能安全的額外開(kāi)銷(xiāo)。目前，該產(chǎn)品已經(jīng)獲得了汽車(chē)市場(chǎng)的使用許可。
一、適用于多Chiplet芯片，性能效率提升20%
“GPU在汽車(chē)中的角色不再僅限于圖形處理?！盜magination首席產(chǎn)品官James Chapman說(shuō)，其汽車(chē)GPU的渲染能力、計(jì)算能力均受到青睞。據(jù)他分享，在軟件定義汽車(chē)時(shí)代，硬件設(shè)計(jì)需要具有長(zhǎng)期屬性，這促使硬件設(shè)計(jì)人員去選擇靈活且可編程的處理器，使其既能處理當(dāng)前的AI工作負(fù)載，又能適應(yīng)未來(lái)出現(xiàn)的新需求。
IMG DXS是Imagination最高性能且具備功能安全的GPU IP產(chǎn)品，每個(gè)核心的性能比上一代最強(qiáng)核心提升了至少50%。頂級(jí)IMG DXS核配置在1GHz時(shí)可 提供理論上的48GPixel/s、1.5TFLOPS和6TOPS INT8性能，并支持?jǐn)U展到4個(gè)核。
Imagination多核技術(shù)可實(shí)現(xiàn)兩核、三核、四核配置，內(nèi)核之間的低帶寬總線和對(duì)隔離的支持使IMG DXS可適用于多Chiplet芯片。
全新DXS GPU IP采用了在D系列PowerVR架構(gòu)中引入的流水線數(shù)據(jù)主控、2D雙速紋理處理、高性能RISC-V固件處理器等特性，性能效率比上一代汽車(chē)GPU IP提高了20%，并確保其在實(shí)際基準(zhǔn)測(cè)試中的表現(xiàn)優(yōu)于競(jìng)品IP核心。
相比前一代，IMG DXS增設(shè)了專(zhuān)用的FP16流水線，并優(yōu)化內(nèi)存，以加速計(jì)算應(yīng)用。
這些改進(jìn)得到了一系列基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的高度優(yōu)化計(jì)算庫(kù)和AI工具包的支持，使Imagination開(kāi)發(fā)者能快速將代碼移植到Imagination GPU上，充分挖掘硬件性能。
二、首度引入分布式安全機(jī)制，獲得ASIL-B功能安全認(rèn)證
IMG DXS是Imagination首款帶有“分布式安全機(jī)制”的處理器。據(jù)介紹，這是目前市場(chǎng)上功能安全實(shí)現(xiàn)效率最高的解決方案。
根據(jù)ISO 26262汽車(chē)安全完整性等級(jí)（ASIL）體系，汽車(chē)上運(yùn)行的所有功能都要根據(jù)潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行等級(jí)認(rèn)證。汽車(chē)制造商及其供應(yīng)商必須確保支持該功能實(shí)現(xiàn)的組件都符合故障檢測(cè)和處理的必要標(biāo)準(zhǔn)，其中ASIL-A等級(jí)的要求最低，ASIL-D等級(jí)的要求最全面。
實(shí)現(xiàn)ASIL-B功能安全，以前有兩種主要方法：一種是雙核鎖步法，硅片面積增加100%；另一種是工作負(fù)載重復(fù)法，安全工作負(fù)載性能減半。而全新的“分布式安全機(jī)制”解決方案，使DXS在性能、功耗、面積（PPA）開(kāi)銷(xiāo)遠(yuǎn)小于上述兩種主要方法的情況下實(shí)現(xiàn)了ASIL-B功能安全。
分布式安全機(jī)制對(duì)GPU性能的影響幾乎為0，而面積代價(jià)極低，估計(jì)僅為10%。
它利用了當(dāng)今處理器固有的并行性，以及任何線程都不會(huì)被完全利用的事實(shí)。獲得專(zhuān)利的機(jī)制將這些線程組合成對(duì)，并在空閑時(shí)注入安全測(cè)試，從而在ASIL標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)識(shí)別故障。
三、提供全新計(jì)算庫(kù)和AI工具包，系統(tǒng)性能提升可達(dá)10倍
將性能發(fā)揮到極致，離不開(kāi)軟硬件協(xié)同優(yōu)化。
IMG DXS針對(duì)下一代車(chē)輛智能所需的計(jì)算機(jī)視覺(jué)、數(shù)據(jù)處理等計(jì)算工作負(fù)載進(jìn)行了優(yōu)化。通過(guò)將DXS的基礎(chǔ)硬件與新增的FP16流水線和一組新的計(jì)算庫(kù)及AI工具包相結(jié)合，用戶可在車(chē)輛中計(jì)算工作負(fù)載方面實(shí)現(xiàn)比上一代產(chǎn)品高達(dá)10倍的性能提升。
底層優(yōu)化往往涉及硬件架構(gòu)，需要對(duì)GPU產(chǎn)品具備豐富的經(jīng)驗(yàn)和深刻的理解。Imagination新的計(jì)算庫(kù)（imgBLAS、imgNN、imgFFT），可幫助軟件開(kāi)發(fā)人員實(shí)現(xiàn)高達(dá)80%的GPU利用率。
這也將加速常見(jiàn)計(jì)算工作負(fù)載的處理，如計(jì)算機(jī)視覺(jué)和ADAS系統(tǒng)感知數(shù)據(jù)的預(yù)處理和后處理。
這些庫(kù)與新的參考工具包（oneAPI和TVM）相結(jié)合，創(chuàng)建了一個(gè)基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用軟件棧。
軟件開(kāi)發(fā)人員可以利用該軟件棧輕松地將其計(jì)算應(yīng)用移植到基于Imagination IP的硬件上，最大限度地提高其性能。?
Imagination GPU產(chǎn)品管理總監(jiān)章政分享說(shuō)，由于AI算法還在不斷更新，在AI沒(méi)有完全固化前，編程性對(duì)于適配新算法非常重要。GPU因其天生的并行性，可以做大規(guī)模計(jì)算，提供更高的算力。
“軟件的可移植性和利用異構(gòu)硬件的能力對(duì)汽車(chē)行業(yè)的未來(lái)至關(guān)重要。UXL基金會(huì)希望通過(guò)開(kāi)源方式持續(xù)開(kāi)發(fā)oneAPI標(biāo)準(zhǔn)，為開(kāi)發(fā)人員實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供清晰而便捷的途徑?！盪XL基金會(huì)指導(dǎo)委員會(huì)主席Rod Burns認(rèn)為，Imagination今天發(fā)布的計(jì)算軟件解決方案強(qiáng)化了他們基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)、來(lái)為開(kāi)發(fā)者構(gòu)建最佳路徑的承諾。
澎峰科技首席執(zhí)行官?gòu)埾容W談道，澎峰科技為希望加速AI應(yīng)用的公司開(kāi)發(fā)異構(gòu)計(jì)算軟件棧和基礎(chǔ)設(shè)施解決方案，正使用Imagination的計(jì)算軟件解決方案，在Imagination GPU上運(yùn)行各種AI應(yīng)用，包括其大語(yǔ)言模型推理引擎PerfXLM。
“與CPU方案相比，我們到目前為止已實(shí)現(xiàn)的性能提升就高達(dá)100%，而且只需花費(fèi)很少的時(shí)間來(lái)進(jìn)行移植。”張先軼說(shuō)。
Imagination的汽車(chē)GPU支持OpenGL ES、Vulkan、OpenGL和OpenCL，可運(yùn)行INTEGRITY RTOS、Linux、Android等主流汽車(chē)操作系統(tǒng)。基于硬件的虛擬化技術(shù)使Imagination GPU能夠同時(shí)運(yùn)行8個(gè)操作系統(tǒng)，并通過(guò)完全的內(nèi)存隔離，實(shí)現(xiàn)完全安全的GPU多任務(wù)處理。
Imagination與全球領(lǐng)先的安全關(guān)鍵型圖形和計(jì)算軟件驅(qū)動(dòng)程序和庫(kù)構(gòu)建者和提供商CoreAVI合作開(kāi)發(fā)安全關(guān)鍵型驅(qū)動(dòng)程序，為Imagination GPU提供OpenGL SC和Vulkan SC支持。
“隨著汽車(chē)的自主化程度越來(lái)越高，人們更加重視汽車(chē)能夠以適當(dāng)?shù)姆绞饺z測(cè)和處理故障的能力?！盋oreAVI首席市場(chǎng)和銷(xiāo)售官兼副首席執(zhí)行官Dan Joncas說(shuō)，“通過(guò)與我們合作，Imagination能夠通過(guò)全面覆蓋了硬件和軟件的完整安全性工具包，來(lái)滿足汽車(chē)行業(yè)的復(fù)雜要求。”
結(jié)語(yǔ)：汽車(chē)對(duì)像素處理需求暴漲，帶動(dòng)高性能GPU IP出貨量攀升
據(jù)Moor Insights & Strategy的首席分析師Anshel Sag分享，過(guò)去十年，汽車(chē)中對(duì)像素處理的需求大幅增長(zhǎng)，數(shù)字駕駛艙、全寬儀表盤(pán)顯示屏和后排娛樂(lè)屏幕提供了類(lèi)似智能手機(jī)的視覺(jué)體驗(yàn)，Imagination在3D圖形性能、靈活的多任務(wù)處理和強(qiáng)大的安全性方面的出色表現(xiàn)使其受歡迎程度迅速攀升。
目前Imagination已是駕駛艙和信息娛樂(lè)單元的頭部GPU IP提供商，擁有超過(guò)3.95億的汽車(chē)出貨量。其GPU、CPU及AI IP產(chǎn)品線已覆蓋桌面端、移動(dòng)端、消費(fèi)級(jí)、汽車(chē)等廣泛市場(chǎng)。
Imagination與客戶緊密合作，將客戶在現(xiàn)實(shí)中遇到的問(wèn)題反饋給設(shè)計(jì)部門(mén)，使其后代GPU能夠更好地匹配市場(chǎng)需求。除了提供高性能IP來(lái)幫助客戶推出更具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品外，這家半導(dǎo)體IP頭部企業(yè)也在持續(xù)優(yōu)化其計(jì)算庫(kù)和軟件棧，以便開(kāi)發(fā)者降低工作復(fù)雜度，更高效地完成硬件功能的實(shí)現(xiàn)并充分挖掘GPU性能。
