CPU+GPU=UPU：中微電全新處理器架構問(wèn)世!

隨著(zhù)視頻處理增多，CPU和GPU的融合成為一種趨勢。深圳中微電科技有限公司(ICube)創(chuàng )新了一種“中國芯”——UPU（和諧統調處理器，unified processor unit）技術(shù)，特點(diǎn)是把CPU和GPU兩種異質(zhì)核統一在一個(gè)芯核內，并采用獨有的不犧牲效率的多線(xiàn)程技術(shù)。

圖1 CPU+GPU的演進(jìn)圖 (MVP是multi-thread virtual pipeline，多線(xiàn)程虛擬流水線(xiàn))

中微電不僅提供UPU IP，還提供芯片，其IC1是第一個(gè)基于UPU的移動(dòng)系統芯片，已于去年推出工程樣片^[1]，主頻600MHz，是雙核-8線(xiàn)程。預計明年底推出IC2芯片，主頻1GHz，四核-16線(xiàn)程。去年，中微電還與深圳一家公司聯(lián)合申請了國家的核高基項目。

GPU與CPU的融合
把CPU和GPU真正的融合在一個(gè)芯片里，這種融合不僅是硬件的融合，還有軟件和完整的工具鏈，例如中微電有自己的指令集和Ithreads、Pthreads，可以進(jìn)行GPU、CPU的軟件調用。這樣，客戶(hù)不用管具體應用，GPU任務(wù)來(lái)后，中微電的軟件自動(dòng)分配給幾個(gè)線(xiàn)程，并支持OpenGL。

中微電的IP有單核-4線(xiàn)程，雙核-8線(xiàn)程，未來(lái)將有四核16線(xiàn)程。每個(gè)線(xiàn)程相當于一個(gè)標準的GPU或CPU核。16個(gè)線(xiàn)程做處理時(shí)，多任務(wù)情況下，可相當于16個(gè)SMP（對稱(chēng)多處理）核；如果是單任務(wù)，可以進(jìn)行并行計算，即通過(guò)Pthreads，把多線(xiàn)程全部作為一個(gè)并行計算的硬件載體來(lái)進(jìn)行運算。例如，在中微電的實(shí)驗室里，“只用一個(gè)雙核8線(xiàn)程，能夠把軟件的并行計算、視頻的解碼（軟的）等用多線(xiàn)程實(shí)現出來(lái)?！?br />

中微電公司業(yè)務(wù)拓展副總裁曹安生稱(chēng)，相比市面上SoC芯片的CPU核（ARM或者M(jìn)IPS），中微電的核效率較高。例如要執行GPU任務(wù)時(shí)，客戶(hù)還要License（獲得授權）另外一個(gè)GPU的核。而要做視頻的編解碼時(shí)，還要再License一個(gè)視頻硬核，所以是一個(gè)CPU核、一個(gè)GPU核，之后再封裝在一起。如果要想GPU的能力越強，GPU核就越多。未來(lái)x265標準出來(lái)，它License的視頻硬核是定死的，因此處理能力會(huì )受限。

一個(gè)UPU核有4個(gè)線(xiàn)程，相當于有4個(gè)SMP核，因此可以多任務(wù)、在不同的線(xiàn)程上跑?！爱斉芤曨l時(shí)，通過(guò)這四個(gè)線(xiàn)程，把算法并行化，就可以在四個(gè)線(xiàn)程上用軟件來(lái)做?！?br />
那么，相對于硬件，軟件是否會(huì )引發(fā)功耗升高？曹安生稱(chēng)功耗會(huì )稍微高一點(diǎn)，但是可以接受的范圍。軟件的好處在哪兒？靈活性.“我們的軟件可以并行化。例如現在可以是雙核-8線(xiàn)程。如果未來(lái)推出四核-16線(xiàn)程，如果你有新的算法，也沒(méi)問(wèn)題，只要是把這個(gè)軟件并行了之后，你在網(wǎng)上下載一些你現在格式就OK了?！?br />
UPU體現靈活
首先，線(xiàn)程既可執行GPU任務(wù)，又可當CPU。4個(gè)線(xiàn)程的好處是靈活，例如玩游戲時(shí)，CPU的任務(wù)很少。那我就可以把4個(gè)線(xiàn)程拿出來(lái)作為GPU的1個(gè)處理器，它的旁邊如果再配一些固定的配置，就組成了完整的GPU。

             圖2 UPU和諧統調的流程

任務(wù)動(dòng)態(tài)地在線(xiàn)程之間分配，哪幾個(gè)做CPU，哪幾個(gè)做GPU。但是有GPU任務(wù)時(shí)，優(yōu)先滿(mǎn)足GPU，剩下的那些線(xiàn)程可以執行CPU的任務(wù)。當GPU把任務(wù)結束了，那些線(xiàn)程又可以來(lái)執行CPU的任務(wù)。

性能強大
IC1是中微電的第一款產(chǎn)品，據曹安生介紹，其GPU的能力比Mali-400 GPU不遜色，或者更強（注：指核的比較，Maili有單核和雙核產(chǎn)品）。

據中微電評估，IC1 600MHz與ARM Cortex-A9雙核1GHz比，ARM制程是40nm，中微電是65nm。對于CoreMark指標，中微電的單核是2580，雙核就是5160；Cortex-A9雙核不到3000。功耗方面，用MVP核來(lái)比較，一點(diǎn)都不差，甚至還更好。

          圖3 IC1——1雙核-8線(xiàn)程

開(kāi)發(fā)環(huán)境放心
中微電有自己完整的編譯器，這歸功于中微電的編譯器的專(zhuān)家——Fred Chow，曾是MIPS科技公司的創(chuàng )始人之一，主持過(guò)MIPS的Open64編譯軟件設計。

因此，如果客戶(hù)是用C語(yǔ)言寫(xiě)的，之后在A(yíng)RM環(huán)境上面來(lái)編譯或運行，其源代碼可以在中微電的編譯器上編譯，就能在中微電的UPU上運行了。

與ARM、MIPS較量的機會(huì )
“非常坦率地講，我們面臨一個(gè)非常大的問(wèn)題，不在于我們的性能怎么好，而在于生態(tài)鏈的競爭?！崩顝└φf(shuō)。

但中微電的生態(tài)鏈也在慢慢的完善、改善。好消息是，Google在推LLVM（底層虛擬機器，Low Level Virtual Machine），如果能推廣的話(huà)，以后所有的基于LLVM的應用，跟下面CPU的架構是無(wú)關(guān)的。那時(shí)，用ARM、MIPS，或中微電UPU上跑的應用都是一模一樣。如果這個(gè)生態(tài)鏈能夠完善，用戶(hù)就看什么？比如中微電的四核-16線(xiàn)程，相當于16個(gè)核，如果不超過(guò)20美元，競爭對手是四核-30美元或者更高，用戶(hù)的選擇會(huì )顯而易見(jiàn)了。

據悉，中微電基于LLVM做了很多工作，因此客戶(hù)基于LLVM應用開(kāi)發(fā)的，在中微電的核上馬上就可以運行?！拔覀儓孕?，一到兩年以后，Google-LLVM的生態(tài)鏈一定會(huì )很好?！?br />
除了移動(dòng)，中微電還關(guān)注一些跟生態(tài)鏈關(guān)聯(lián)不是很大的行業(yè)，可能就用Linux的，例如無(wú)線(xiàn)服務(wù)器、路由器，特點(diǎn)是處理器要用到多任務(wù)。

              圖4 IC2——四核-16線(xiàn)程

與大企業(yè)競爭，需要穩扎穩打
如果把時(shí)光倒退十年，MIPS肯定比ARM強，我們不要看一家企業(yè)今天如何強大。任何企業(yè)都有一個(gè)發(fā)展過(guò)程。如果用過(guò)程的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看待一家企業(yè)，“我們認為最重要的是技術(shù)，是競爭對手沒(méi)有的技術(shù)架構?！币虼?，中微電正在積蓄力量，等待用“中國芯”突破。

參考文章：
[1]第一個(gè)基于65納米的SOC產(chǎn)品IC1流片了.(2011-3-29).http://icubecorp.com/zh/2011/03/icube-corporation-today-reached-a-milestone/

照片 “深圳集成電路創(chuàng )新應用展”的中微電展位：不太起眼，但“山不在高”，中微電的UPU很不俗

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