Imagination的異構(gòu)計算版圖：GPU只是其中一環(huán)

來源：電子工程專輯

這兩年隨數(shù)據(jù)中心、汽車電子市場，以及AI等技術(shù)的發(fā)展，GPU這類處理器的重要性變得今非昔比。從某些GPU廠商在不同時代的產(chǎn)品迭代方式就看得出來。

今年是Imagination的PowerVR GPU架構(gòu)30周年，我們總結(jié)過PowerVR走過的這30年。在由Aspencore主辦的IIC Shenzhen 2022(國際集成電路展覽會暨研討會)同期舉辦的全球CEO峰會上，Imagination中國區(qū)董事長白農(nóng)在主題演講中也再次提到了30年來Imagination GPU IP的幾個重要變遷。

“2007年蘋果推出第一代iPhone，當時就采用了Imagination的GPU技術(shù);2018年，Imagination最早擁有GPU硬件虛擬化技術(shù)，用于汽車領(lǐng)域；2020年發(fā)布的IMG B系列GPU IP目前已授權(quán)全球知名汽車芯片以及國內(nèi)GPU芯片企業(yè)，其終端產(chǎn)品已應用在汽車和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。2021年我們又發(fā)布了C系列，是業(yè)界首個支持實時光線追蹤的移動GPU，目前也正在跟一些全球頭部手機廠商開展合作?！?/p>

今年的Khronos & Imagination技術(shù)研討會上，Imagination就已經(jīng)在提市場對于GPU的擴展性、彈性設計需求，所以Imagination以模塊化、層級化的方式，以架構(gòu)的彈性化擴展方式，覆蓋從手機到服務器設備的各類需求。這一系列變遷就足夠看出GPU這類處理器當前市場地位的與眾不同了。

不過Imagination如今的IP產(chǎn)品可不止是GPU，還涵蓋了CPU與AI加速。則循著異構(gòu)架構(gòu)的大趨勢，Imagination又有了新的舞臺。

Imagination的異構(gòu)布局

除了眾所周知的Imagination的GPU IP，在AI加速領(lǐng)域，“我們也深耕了將近10年?！卑邹r(nóng)說。頗具標志性的幾個產(chǎn)品發(fā)布時點，其一是2018年發(fā)布的第二代NNA神經(jīng)網(wǎng)絡加速器，“國內(nèi)一家頭部手機與消費類設計企業(yè)就采用了這款加速器，目前已經(jīng)廣泛地應用到了手機、AIoT和教育等行業(yè)?！?/p>

“第三代NNA去年也跟幾家國內(nèi)客戶進行了深度合作；2020年第四代4NX加速器以自動駕駛為主要發(fā)展方向——目前我們也已經(jīng)和北美兩家頭部自動駕駛企業(yè)開展了合作?！?/p>

而在CPU方面，Imagination是在去年發(fā)布的Catapult CPU，這是RISC-V指令集的CPU IP。白農(nóng)談到，雖然此前Imagination在私有化之際，MIPS業(yè)務就剝離出去，但“Imagination仍然保留了CPU方面的基礎專利和技術(shù)儲備?！?/p>

與此同時，基于不同的處理器，Imagination也推出了異構(gòu)計算平臺。“我們一開始就采用軟件和IP聯(lián)合定義的方式。一方面，我們會兼容業(yè)界標準的生態(tài);也會提供開發(fā)平臺，包括了軟件棧、工具鏈、模型，和給開發(fā)者提供培訓以及建設開發(fā)者社區(qū)網(wǎng)站等?！?/p>

基于CPU、GPU、AI加速器的IP布局，以及軟件棧及異構(gòu)計算開發(fā)平臺的搭建，Imagination也打造了完整的異構(gòu)計算平臺?！拔覀冋J為GPU+CPU+AI神經(jīng)網(wǎng)絡加速器的異構(gòu)組合，是滿足算力需求的先進架構(gòu)?！卑邹r(nóng)談到，“舉個例子，通過GPU和AI神經(jīng)網(wǎng)絡加速器，在汽車領(lǐng)域可以提供智能駕艙和輔助駕駛所需的顯示和輔助功能。如果需要更高的算力，比如未來L4、L5級自動駕駛，或者是數(shù)據(jù)中心的應用，可以用GPGPU+AI+CPU的組合?！?/p>

這種異構(gòu)方案原本就是行業(yè)的發(fā)展方向，不過搭建起完整的不同架構(gòu)和類型的處理器，還是相當不容易的。理想情況下，面向不同應用場景，能夠以不同的處理器組合方式來應對，就能“在芯片有限的資源內(nèi)，包括功耗、面積，再與軟件、算法結(jié)合，提供最高的計算密集度”。

全社會的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，對不同層級的設備提出了高算力需求。當摩爾定律無法滿足算力需求，并同步達成對應的能效提升與功耗降低，針對特定場景更專用的芯片架構(gòu)，以及系統(tǒng)層面異構(gòu)架構(gòu)也就成為發(fā)展的必然。

白農(nóng)提到異構(gòu)計算的幾個重要特性(1)可拓展性與可重用性(scalability & reusability)；(2)可編程性；(3)高效性；(4)靈活性。不過其實即便不看Imagination的異構(gòu)處理器IP布局，其GPU當前的彈性縮放思路似乎也是循著這幾個特點在走的。

國內(nèi)的市場機會與異構(gòu)戰(zhàn)略

基于這樣的異構(gòu)計算組建能力，白農(nóng)特別談到了Imagination眼中中國的半導體市場機會。集中對特定區(qū)域市場的個別關(guān)注，也是當前很多半導體企業(yè)會做的事情。這可能與全球政治與貿(mào)易環(huán)境變局下，半導體供應鏈從全球化走向區(qū)域化(regionalization)有很大的關(guān)系?！皬腎P的角度，Imagination會在GPU和高性能計算技術(shù)方面，以合作共贏、合法合規(guī)的方式，堅決支持中國客戶的發(fā)展?！?/p>

白農(nóng)特別提到了4個在中國高速發(fā)展的市場，分別是汽車、手機、PC和云游戲。這4個市場，實際上也是Imagination當前能夠涉足并能夠占據(jù)一席之地的市場。而且從下游系統(tǒng)廠商的角度，這幾個市場的系統(tǒng)級參與者都更有機會自己去開發(fā)芯片。這兩年EDA、IP供應商普遍在談這些市場的機遇。

汽車市場上，“中國汽車產(chǎn)業(yè)正面臨百年未有之大變局。2021年中國已經(jīng)是全球第一大汽車市場和制造國，尤其是新能源汽車領(lǐng)域?！卑邹r(nóng)說，“得益于國家在新能源戰(zhàn)略上的前瞻布局和穩(wěn)步推進，中國已經(jīng)是全球第一大新能源汽車市場以及出口國?！逼噾孟?，對ADAS/AD、智能座艙等核心應用而言，“GPU和高算力芯片的需求都大大提升”。

智能手機市場雖然暫時在下滑，但其市場量級仍然是諸多上游半導體與顯示廠商最大的營收來源，也是半導體制造尖端工藝應用的絕對主場。而且“中國是出貨量最大的智能手機市場，已經(jīng)是全球的一半以上?！薄笆謾C市場的特點是快速的更新迭代，每年一代新產(chǎn)品來迎合更多和更先進的各類應用，GPU是其中的核心技術(shù)。”

PC的發(fā)展歷史不短，出貨量雖然達不到智能手機的程度，但也是市場剛需。在Imagination看來，“這個市場正面臨巨大變遷，即CPU指令集、操作系統(tǒng)和應用軟件脫鉤?！薄疤O果M1就是非x86架構(gòu)CPU，卻仍然與現(xiàn)有操作系統(tǒng)和軟件生態(tài)保持兼容?！边@種“非x86 CPU”于PC市場的發(fā)展，可能也讓Imagination看到了RISC-V CPU的市場機遇，尤其是在中國。而且這些CPU還“需要GPU的搭配，也為國產(chǎn)GPU提供了巨大的剛需存量市場?！?/p>

云技術(shù)方面，Imagination之所以把云游戲單獨拿出來講，應該是基于其移動端重圖形渲染的先進GPU產(chǎn)品也同樣適用于云端服務器。白農(nóng)說2019年是云游戲元年，而“中國也是開創(chuàng)云游戲的根據(jù)地。預計到2025年，云游戲會成為350億元規(guī)模的市場，年復合增長率75%。這也為國產(chǎn)GPU提供了很大的增量市場”。

根據(jù)這4個市場的發(fā)展?jié)摿?，Imagination提出了“中國戰(zhàn)略”。白農(nóng)說：“Imagination的中國戰(zhàn)略包括三大方面?！边@里所說的中國戰(zhàn)略，是在中國本土，Imagination這家企業(yè)自身的發(fā)展方向?！暗谝?，我們將從銷售導向發(fā)展為市場導向。根據(jù)本土市場和客戶的要求來定義產(chǎn)品，改變以西方市場定義的產(chǎn)品拿來中國賣的做法?！?/p>

“第二，在中國加大投資、加強技術(shù)人員，提升客戶支持的能力，加深與客戶合作共贏，共同開發(fā)解決方案。同時今年我們也組建了軟件研發(fā)團隊?！薄暗谌?，加強生態(tài)建設，與生態(tài)伙伴開發(fā)者、下下游的客戶，比如手機OEM、汽車主機廠、互聯(lián)網(wǎng)公司等，提供培訓、建立聯(lián)合創(chuàng)新中心。”

這幾個戰(zhàn)略的本質(zhì)，在我們看來核心應當在于強化Imagination在中國的技術(shù)研發(fā)布局，這大概仍然和半導體供應鏈的“區(qū)域化”有很大關(guān)系。

在白農(nóng)所說的生態(tài)建設加強方面，Imagination于中國的生態(tài)建設已經(jīng)在穩(wěn)步進行中了。比如說在移動領(lǐng)域，和國內(nèi)OEM廠商、游戲開發(fā)者、引擎和工具上合作;而在AI方面，Imagination則與百度飛槳深度學習框架進行了合作;GPU方面，Imagination與平頭哥開展了合作。

可能出乎很多人意料之外的事情在于，2017年Imagination被凱橋資本全資收購以后，過去幾年公司年度營收的復合增長達到了33%。這與Imagination著力在中國市場應該有很大關(guān)系，白農(nóng)說Imagination在中國的團隊人數(shù)過去3年增長了57%。

“面向中國這個巨大和創(chuàng)新的市場，Imagination將持續(xù)提供核心技術(shù)，并加大在中國的市場投入。”這兩年，我們預計會在更多市場，尤其是國產(chǎn)芯片上看到Imagination的IP產(chǎn)品的身影。