[原创] 数字化浪潮下，GPU的机遇和挑战

从当前市场和技术趋势发展来看，无论是热门的元宇宙、云游戏，还是数据中心、智能汽车，以及桌面和移动终端等，都需要大量的高性能图像处理和渲染能力。GPU作为一种高性能硬件加速器，在图形处理、通用计算、机器视觉、深度学习和训练推理等领域正发挥着越来越重要的作用，给GPU了巨大需求。

与此同时，开放的、标准化的API也将进一步提升先进计算的效率和扩大其应用范围，并帮助开发者将其成果应用于更广阔的市场。

为了迎接充满机遇与挑战的数字化世界，以及基于生态融合和创新驱动的共同目标，2022年7月19日，Imagination携手致力于开放API标准的行业组织Khronos Group，举办了前瞻创新和生态协同技术研讨会。

本次活动重点关注快速发展的软硬件生态系统以及GPU技术、开源标准和开放API接口在移动游戏、汽车和云领域的机会。

Imagination在会上重点介绍了其市场领先的Level 4光线追踪架构和GPU解决方案，也为业界全面展示了其面向移动、汽车、桌面和云端的GPU技术创新，以及Imagination在汽车安全领域等垂直市场中的新突破。

先来看光线追踪技术。提到光追，相信业内朋友并不陌生，光线追踪技术被称为计算机图形领域中的”圣杯”，这是一种渲染技术，可以精确地追踪场景中光线的路径，相比光栅化技术，它可以渲染出可信且具有更高真实感和保真度的反射、折射、阴影和光照效果。

简单来看，光线追踪技术就是通过模拟真实世界中光线的表现，可以使图形真实感达到跃升式变化，创造出与现实生活几乎无异的3D场景。

然而由于其计算的复杂性，光线追踪在原来很长一段时间内只是应用在台式机和游戏机上。随着技术的不断演进和市场需求的不断推动，Imagination开启了将硬件光线追踪技术迈进移动端的先河。

去年底，Imagination推出了旗舰款GPU IP产品IMG CXT，同时其PowerVR Photon光线追踪架构也随之亮相。通过增加Photon硬件光线追踪功能，将光线追踪扩展至移动市场，移动开发者和游戏玩家现在也能够利用这种渲染技术和全面的硬件加速功能，CXT能够为包括游戏在内的众多图形处理应用场景提供超高的性能保障。

对于PowerVR Photon架构，Imagination技术前瞻副总裁Kristof Beets介绍道：“Photon架构代表了十年来推动光线追踪在低功耗设备上应用的发展成果，是目前业界最先进的光线追踪架构，在视觉效果可能性方面，可以为移动和嵌入式应用带来桌面级质量的视觉效果，L4级别的GPU硬件光线追踪解决方案相比L1级别软件方案有百倍以上的性能功耗比提升，游戏玩家的体验和电池续航时间将得到大幅度完善。”

Imagination技术前瞻副总裁Kristof Beets

据了解，PowerVR Photon架构的主要特点是RAC（光线加速集群），RAC是一种新的低功耗专用硬件GPU组件，相比效率较低的光线追踪架构，它可以加速和卸载更多来自着色器内核的光线追踪计算，可以实现最高效且功耗最低的光线追踪部署。

除此之外，随着光线追踪技术在各种图形处理应用中变得越来越重要，Imagination也针对行业发展现状推出了光线追踪等级系统，包括6个等级的光线追踪（Level 0-Level 5），imagination推出的CXT方案达到了RTLS 4级，是当前业内可用的最先进的光线追踪技术，其效率是RTLS 2/3级的2.5倍，该GPU IP和Photon架构已在多个市场中进行了授权。

Imagination所有的驱动程序在所有平台上都支持最新的Vulkan 1.3，不仅促进了Khronos Group生态系统的发展，还尽可能地支持该领域的开发者。PowerVR SDK拥有广泛的Vulkan代码实例，具有不同的抽象级别。

这些有据可查的示例包括一系列工具，适用于那些对Vulkan API完全陌生、又想要了解如何渲染基本图形的初级用户，直至为经验更丰富的图形开发人员提供基于物理的渲染（PBR）等前沿图形处理技术。

活动期间，Khronos Group主席Neil Trevett表示：“自2003年以来，Imagination就一直是Khronos的创始会员和坚定的支持者，并在Khronos API系列的开发中发挥了重要作用，包括通过PowerVR SDK和工具为Vulkan社区和生态作出的贡献和创新动力，尤其是在图形、光线追踪和并行计算领域。”

Khronos Group主席Neil Trevett

此外，在活动现场，腾讯北极光工作室天涯明月刀手游技术专家管宁、OPPO高级系统工程师李宁飞也分别发表了《天涯明月刀手游中的Vulkan和GPU Driven》和《手机游戏中Vulkan的带宽与同步》的主题演讲，分享了在Imagination GPU和Vulkan助力下，光线追踪技术、Vulkan带宽与功耗等给手游带来游戏体验质的飞跃，让游戏更具沉浸感。

据Imagination介绍，目前已经有众多合作伙伴对Imagination的GPU进行特别的优化，比如说腾讯、EA、EPIC、网易、完美世界、米哈游等厂商以及它们旗下的多款热门游戏，可以让游戏性能提升30%，带宽量减少20%，从而提供更加稳定的游戏表现。

同时，行业伙伴将与Imagination一起不断优化和完善GPU关键参数的获取，为开发者打造更好的游戏体验，更强的平台兼容性提供保障。未来有望在光线追踪技术、云游戏等领域进行广泛的探索与交流。

能够看到，使用Imagination GPU和Vulkan带来的诸多好处，处理效率的级进变化，实现了光线追踪的更高功率、性能和带宽效率，对于在要求较高持续游戏性能的移动端（且设备不会过热，并且在合理的带宽预算范围内）交付光线追踪而言，具有十分重要的作用。

除了移动处理器之外，凭借IMG CXT革命性的Photon架构，Imagination还将IMG CXT GPU推广到了更多领域，包括游戏、AR、数据中心以及自动驾驶等应用领域。

汽车领域，随着汽车电子技术的发展，汽车智能化趋势已经不可阻挡。一方面，汽车向着更高级别的自动驾驶进发；另一方面，汽车座舱已经成为人们生活的第三空间，智能座舱逐渐成为汽车的核心卖点。

在此，Imagination已经是汽车人机界面（HMI）GPU解决方案的领导者，已凭借GPU和AI技术进入自动驾驶汽车细分市场。

IMG CXT适用于超高品质的HMI平台，它可以实现环绕视图中逼真的车辆图像，卫星导航中密集城市区域的展示，以及具备混合现实功能的抬头显示器（HUD）、数字车速表和其他信息显示器，还可以在车上人员等待车辆移动时提供优质的车内游戏和娱乐体验。

此外，为了满足汽车市场的新兴需求，在GPU方面，Imagination的多核BXS系列是具有全球领先性能的汽车GPU，其4核集群可提供 6 TFLOPS 和 24 TOPS 的算力。

在研讨会上，IMG产品市场副总裁Trina Watt表示，公司专注于汽车市场，满足汽车行业的质量需求和流程标准。近日，IMG BXS-4-64 GPU获得了HORIBA MIRA Certification Limited颁发的ISO 26262功能安全认证。IMG BXS GPU采用专为汽车设计的可扩展多核架构，能够为HMI显示系统和高级驾驶辅助系统（ADAS）的计算提供具备功能安全性的图形处理和计算能力。

IMG产品市场副总裁Trina Watt

据介绍，ISO 26262是第一个适用于大批量量产产品的功能安全标准，针对安全相关电子电气系统，包含电机、电子与软件零件等。随着智能汽车概念凸显，车载电子元器件供应商对ISO 26262标准非常重视，将其视为产品核心竞争力的一部分。

Imagination凭借对产品可靠性和信誉的长期重视，获得本次认证意味着对于希望在功能安全的汽车设计中集成高效、高性能的图形和计算能力的汽车主机厂和Tier1厂商而言，IMG BXS GPU已成为其最佳选择。

实际上，早在2020年5月，Imagination就宣布成功通过HORIBA MIRA对其功能安全管理系统进行的审查，获得ISO 26262流程一致性认证，并在2020年9月份推出了业界首款符合ISO 26262标准的可授权IP。

与之相比，本次IMG BXS-4-64 GPU 获得的ISO 26262功能安全认证加入了一些硬件单元，如CRC、RAM上的奇偶校验和ECC/EDC等来检测硅片内部的固定型故障和瞬时故障，并与安全关键软件驱动程序（OpenGL SC）一起组成功能安全解决方案的基础。

Imagination的GPU产品在汽车领域的重要应用是智能座舱，尤其是数字仪表盘和中控显示屏。座舱和仪表盘的数字化正在突飞猛进，所显示的信息量也大幅增加。娱乐系统在大多数情况下仍然不需要达到功能安全，但随着ADAS功能级别和自动驾驶级别的提高，所显示的数据也越发关键，使得该系统也需要与仪表组一样达到一定级别的内置功能安全。

因此，通过ISO 26262标准认证逐渐成为半导体器件进入汽车功能安全领域的“敲门砖”。据了解，Imagination的BXS 系列是首批符合ISO 26262标准的GPU内核，可以为汽车领域提供各种选择，从小型的安全备份内核，到可用于ADAS和高性能自动驾驶的高计算力内核。

此外，Imagination还有在汽车功能安全方面的产品组合，已在GPU中内置了硬件来帮助提供达到ASIL B级别所需的覆盖范围，并且这一范围将扩展到用于驱动信息娱乐系统的设备。据介绍，除了获得ISO26262 ASIL B认证的BXS核之外，Imagination所有的GPU核都达到QM标准。由于未来汽车上的ADAS和AV技术会越来越多并且需要显示它们的信息，所有汽车GPU将至少需要提供ASIL B级别的安全。

为了帮助芯片企业去应对不同的智能化应用场景，Imagination为汽车芯片企业提供的相关IP产品包括神经网络加速器（NNA）、GPU和EPP，同时也提供相关软件以及服务，为芯片厂商针对其应用市场提供合适的解决方案。

在NNA方面，Imagination的4NX NNA是面向ADAS和自动驾驶打造的终极AI加速解决方案，其8核集群拥有100 TOPS的算力。

在研讨会上，芯驰科技生态合作副总裁段桢源在《图像压缩技术在高性能车规处理器中的应用》的分享中表示，汽车驾舱正在成为驾乘人员越来越重要的场景，因此需要更加便于操控的人机界面、硬件虚拟化和环绕视图等功能。

芯驰科技生态合作副总裁段桢源

芯驰科技在智能座舱芯片X9中采用了Imagination的PowerVR Series9XM GPU，实现了通过X9一颗芯片，支持多达10个独立全高清显示屏，包含前排仪表、中控屏、hud及多个娱乐屏，能够实现多屏共享和互动。

Imagination基于GPU的硬件虚拟化技术已被全球汽车芯片企业采用，其产品上的分块区域保护（TRP）可以在汽车仪表组中定义特定的分块，通过对这些分块进行二次安全渲染来确认一切正常，不需要将整个屏幕全部重新渲染。这不仅可提供先进的性能和优异的体验，还可提供更高的安全性。

除了智能座舱芯片，未来，Imagination 还会在AI加速和高性能混合运算等更多应用场景上与芯驰科技展开合作。

Imagination产品管理总监Ploutarchos Galatsopoulos在《Imagination汽车安全解决方案》的分享中表示，在提供符合汽车功能安全标准的产品方面，Imagination在产品布局和系统方案上都有着非常清晰的规划，这也赢得了客户的认可。据相关统计，Imagination的GPU架构在汽车HMI市场的份额达到近50%，其GPU目前已被数百种车型采用。

IMG产品管理总监Ploutarchos Galatsopoulos

“同时，汽车市场正在进行技术革命，需求和挑战不断涌现。为了渗透新的市场和需求，imagination不能依赖原有的经验，在硬件IP和驾驶员层面助力解决安全问题，致力于交付高质量差异化的解决方案。” Ploutarchos强调。

在上述成绩的支持下，Imagination推出了RISC-V CPU系列产品，以扩大其影响力和加倍市场成功，这将满足独立CPU市场以及异构计算领域。

据了解，继去年12月发布一系列名为Catapult CPU家族的RISC-V核之后，Imagination在德国近日举行的嵌入式世界展上，发布了首款实时嵌入式RISC-V CPU核IMG RTXM-2200，并附带了完整的软件SDK和工具包。

IMG RTXM-2200旨在集成到复杂的SoC中，用于一系列应用，包括网络解决方案，数据包管理，存储控制器，AI摄像头和智能计量的传感器管理以及GPU和AI加速器IP。其衍生品也被用于汽车应用中，Imagination拥有关键的设计优势，并且已经使用RISC-V核来控制其GPU模块以及原来的META微控制器核。

随着IMG RTXM-2200 CPU的推出，Imagination为未来的汽车RISC-V CPU市场奠定了基础，并完善了其GPU和AI加速IP的组合。在汽车市场上交付产品，满足垂直汽车市场的严格动力和安全要求。这使得Imagination能够很好地支撑异构计算，这对于满足汽车行业未来的互联信息娱乐和自动驾驶汽车的需求至关重要。

除了Imagination产品进展和布局之外，如何围绕全新GPU技术与先进API接口进行融合创新是本次技术研讨会的一个热点话题。

Khronos Group作为一家在全球具有巨大影响力的行业和标准组织，也高度重视此次技术研讨会，并为大会带来了覆盖Khronos图形开放标准、Vulkan光线追踪技术、Khronos并行计算接口标准、Vulkan SC安全接口标准技术更新、OpenXR技术等话题的精彩演讲。

本次活动不仅聚集了Khronos的多位标准组主席和Imagination的高级技术专家，还邀请了双方共同的合作伙伴，包括腾讯北极光工作室、Vulkan光线追踪工作组、OPPO、芯动科技、字节跳动、芯驰科技、阿里云、Unity和vivo等领先企业，为全球线上线下的业内观众介绍了最新的GPU技术、行业标准和API规范等创新，为新一代娱乐、智能化和先进计算领域内的开发者和解决方案提供商带来了全新的技术性内容。

在本次研讨会的圆桌讨论环节，中国区战略市场和生态副总时昕博士与Khronos中国区副总裁傅世雄、阿里巴巴云游戏事业部元境资深技术专家刘昊辰、vivo芯片技术部高级芯片产品总监谭凤林、南京睿悦信息CTO曹峻玮等五位嘉宾，从应用、技术创新、软硬件协同、挑战与机遇等对未来数字世界的发展进行了探讨。

圆桌讨论环节

随着VR/AR/XR技术的演进，正不断提升人们的体验感，技术发展成熟并走向市场应用是必然的发展趋势，多样化的人机交互方式也将进一步提升数字世界的体验。

此外，在数字化升级趋势下，对GPU技术、芯片、软硬件的协同等提出了新的需求。未来需要产业链上下游软硬件企业一起合作，共同推动数字世界的发展，打造更好的体验。

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