高性能、高安全：Imagination DXS GPU 重塑車(chē)載計算

 在近期（2024年9月11日）舉行的發(fā)布會(huì )上，Imagination Technologies 推出了其最新的 GPU IP 產(chǎn)品，強調了在功能安全和計算性能方面的重大突破。Imagination車(chē)載GPU產(chǎn)品總監，章政先生向業(yè)界介紹了公司最新研發(fā)的車(chē)載 GPU 產(chǎn)品——DXS GPU。他表示，該產(chǎn)品專(zhuān)為汽車(chē)市場(chǎng)設計，以滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的自動(dòng)駕駛和智能座艙的需求。而這款新一代 GPU 將為汽車(chē)市場(chǎng)帶來(lái)更智能的駕駛體驗、更迅速的人機交互以及更豐富的娛樂(lè )功能，同時(shí)降低能耗。

章政先生表示，車(chē)載市場(chǎng)正以每年8%到10%的速度快速增長(cháng)，尤其在A(yíng)DAS（高級駕駛輔助系統）和車(chē)內人機界面 (HMI) 領(lǐng)域。隨著(zhù)電氣化的推進(jìn)，越來(lái)越多的新玩家進(jìn)入市場(chǎng)，OEM 和 ODM 廠(chǎng)商也開(kāi)始自主研發(fā)芯片，以滿(mǎn)足對高性能計算的需求。

傳統移動(dòng)設備領(lǐng)域的芯片廠(chǎng)商也紛紛切入汽車(chē)市場(chǎng)，競爭日趨激烈。而在傳統的汽車(chē)架構之中，一般都采用分布式 ECU（電子控制單元）控制各個(gè)模塊，存在升級困難、布線(xiàn)復雜、成本高昂等問(wèn)題。隨著(zhù)電氣化的發(fā)展，汽車(chē)架構正逐漸向中央計算和虛擬化轉變。通過(guò)虛擬化技術(shù)，可以將多個(gè) ECU 功能整合到一個(gè)計算單元中，并通過(guò)遠程升級 (OTA) 方式不斷更新功能，提升用戶(hù)體驗。

在當前的車(chē)載市場(chǎng)的大背景之下，章政進(jìn)一步談到，Imagination作為一家擁有39年歷史的IP公司，一直致力于圖形處理器技術(shù)的研發(fā)。特別是在車(chē)載行業(yè)，Imagination已深耕超過(guò)二十年，自2004年與瑞薩合作推出首款車(chē)載產(chǎn)品以來(lái)，其GPU產(chǎn)品出貨量已達130億顆，其中3.95億顆器件被安裝在車(chē)輛中。

多年的技術(shù)積累讓Imagination在數字座艙、安全儀表盤(pán)和后排娛樂(lè )等方面提供了類(lèi)似智能手機的視覺(jué)體驗，同時(shí)在功能安全和多任務(wù)處理方面為傳統和新興車(chē)廠(chǎng)提供了卓越的用戶(hù)體驗。Imagination的GPU架構之所以在汽車(chē)領(lǐng)域受到歡迎，是因為它能夠滿(mǎn)足車(chē)輛座艙顯示和自動(dòng)駕駛計算的雙重需求。PowerVR GPU原生支持多達8個(gè)虛擬機，可以完成車(chē)上所有任務(wù)，同時(shí)提供高效的渲染和高性能的計算能力。不僅如此，Imagination與合作伙伴長(cháng)期在功能安全領(lǐng)域投入，推出了針對汽車(chē)需求的XS產(chǎn)品線(xiàn)。該產(chǎn)品線(xiàn)不斷推出新功能，以更靈活的方式滿(mǎn)足功能安全需求，提高效率和安全性。研發(fā)過(guò)程遵循嚴格的V字型流程，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

在回顧了Imagination的技術(shù)積累和車(chē)載市場(chǎng)的發(fā)展之后，章政向各位隆重介紹了本次線(xiàn)下會(huì )的全新產(chǎn)品——Imagination DXS GPU。章政表示，新一代車(chē)載GPU產(chǎn)品將給汽車(chē)消費者帶來(lái)更智能的駕駛，更迅速的交互、更豐富的娛樂(lè )以及更低的電力消耗。

DXS GPU代表了Imagination在車(chē)載GPU領(lǐng)域的最新成就，它不僅是一款高性能的圖形處理器，能夠支持車(chē)內所有屏幕的娛樂(lè )和交互需求，而且在硬件性能上比前一代產(chǎn)品提升了50%。DXS GPU的推出，標志著(zhù)Imagination在A(yíng)I性能上的提升也遠超50%。

DXS GPU的設計理念完美契合了當前汽車(chē)架構從分布式向中央計算轉變的趨勢。它不僅提供了超越CPU的計算性能，而且在編程靈活性上遠遠超過(guò)了NPU和加速器SoC，這使得DXS GPU成為高性能中央計算的理想選擇。

DXS GPU最引人注目的創(chuàng )新之一是其全新的功能安全解決方案——分布式安全機制（DSM）。這一機制幾乎完全消除了傳統功能安全方案在性能和芯片面積上的損失，為車(chē)載GPU的安全性能樹(shù)立了新的標準。在車(chē)載應用中，功能安全是至關(guān)重要的。它確保了車(chē)輛的電子系統能夠在各種條件下穩定運行，從而保障駕駛員、乘客和行人的安全。DXS GPU通過(guò)其創(chuàng )新的分布式安全機制，不僅提升了GPU的性能，同時(shí)也確保了功能安全，這對于自動(dòng)駕駛和高級駕駛輔助系統（ADAS）的發(fā)展具有重要意義。

提到安全，如今隨著(zhù)自動(dòng)駕駛技術(shù)從實(shí)驗室走向現實(shí)，功能安全成為汽車(chē)行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。章政表示，在實(shí)驗室環(huán)境中，自動(dòng)駕駛系統往往缺乏真實(shí)場(chǎng)景中的復雜性和風(fēng)險因素，例如行人、障礙物等。然而，當自動(dòng)駕駛汽車(chē)駛上街頭，功能安全變得至關(guān)重要，它直接關(guān)系到人員安全和車(chē)輛可靠性。

功能安全的核心目標是確保自動(dòng)駕駛系統在面對潛在風(fēng)險時(shí)，能夠按照預定的安全策略執行，避免發(fā)生事故。任何自動(dòng)駕駛系統在執行過(guò)程中出現的偏差，都可能導致無(wú)法預料的后果，這對于企業(yè)、家庭和個(gè)人都是無(wú)法承受的損失。因此，功能安全已成為汽車(chē)領(lǐng)域不可或缺的重要趨勢。

功能安全并非一刀切的標準，而是根據不同的安全風(fēng)險等級劃分。例如，車(chē)載娛樂(lè )系統可能不需要嚴格的功能安全保障，而車(chē)身狀態(tài)顯示、行人識別等與安全直接相關(guān)的功能，則需要滿(mǎn)足高等級的功能安全要求。為了應對這些多樣化的需求，Imagination 提供了相應的解決方案，例如利用虛擬化技術(shù)來(lái)解耦不同安全等級的任務(wù)，確保關(guān)鍵安全功能不受其他非安全任務(wù)的影響，從而實(shí)現安全高效的自動(dòng)駕駛體驗。

在討論功能安全之后，章政開(kāi)始介紹全新發(fā)布的DXS GPU的性能。

他談到，DXS GPU在設計中引入了新的SPU單元，使其硬件性能提升了50%。DXS GPU采用5納米工藝節點(diǎn)，運行頻率更高，支持多核配置，四核配置下可達到1.5GHz主頻，提供9 TFLOOS FP32性能和32 TOPS int 8性能，同時(shí)處理288G像素每秒。DXS GPU的設計還考慮了高端制程大芯片良率問(wèn)題，采用多小芯片（chiplet）封裝技術(shù)提高良率和設計靈活性。DXS GPU支持將兩個(gè)chiplet組合成一個(gè)GPU或單獨作為兩個(gè)獨立GPU使用，通過(guò)靈活的總線(xiàn)設計實(shí)現工作負載的均勻分配。

在SPU方面，DXS GPU進(jìn)行了多項優(yōu)化，包括2D雙速紋理處理技術(shù)，以應對日益增長(cháng)的紋理處理需求，提升性能。此外，針對Vulkan等游戲中小型任務(wù)的頻繁切換，DXS GPU改進(jìn)了流水線(xiàn)數據主控，減少了任務(wù)切換時(shí)的性能損失，并更新了固件處理器以提高任務(wù)調度效率。

DXS GPU引入了可變分辨率渲染和ASTC HDR支持等新功能，顯著(zhù)提升了游戲性能和效率。與傳統圖形處理相比，DXS GPU在硬件性能上高出競品四倍，在渲染類(lèi)任務(wù)上單位面積性能高出競品兩倍，在計算為中心的圖形處理任務(wù)上單位面積性能高出競品28%。

在安全性方面，DXS GPU的分布式功能安全機制使功能安全相關(guān)的應用性能翻倍。DXS GPU在軟件和AI方面也有所提升，支持FP16半精度浮點(diǎn)計算和int 8精度計算，提供強大的AI計算能力。DXS GPU的生態(tài)系統基于開(kāi)放標準，如OpenCL、Vulkan和one API，有利于降低研發(fā)成本和市場(chǎng)推廣。

DXS GPU的靈活性使其能夠通過(guò)虛擬化技術(shù)實(shí)現不同工作任務(wù)的和諧共存，如自動(dòng)停車(chē)和ADAS功能。在安全性方面，DXS GPU致力于提供高可靠性的ADAS計算結果，并保證運行時(shí)的功能安全。

面對半導體技術(shù)的帶寬和工藝節點(diǎn)瓶頸，DXS GPU通過(guò)架構創(chuàng )新，如FP16功能和雙速率FP16單元，提高了AI工作負載的性能。DXS GPU還通過(guò)增加片上存儲，減少了系統產(chǎn)品的帶寬要求，降低了ADAS實(shí)現的限制。

在硬件之外，Imagination DXS GPU 通過(guò)一系列軟件優(yōu)化和庫的支持，極大地提升了 GPU 的易用性和性能，降低了開(kāi)發(fā)者的門(mén)檻，使得廣泛的應用開(kāi)發(fā)者能夠充分利用 DXS GPU 的強大性能。為了幫助開(kāi)發(fā)者尤其是應用開(kāi)發(fā)者充分利用 GPU 的性能，Imagination 開(kāi)發(fā)了多種底層庫，包括幾何庫、BLAS庫（imgBLAS）、CNN庫（imgNN）以及專(zhuān)門(mén)處理車(chē)載工作的庫，如 FFT 庫（imgFFT）。這些底層庫經(jīng)過(guò)大量軟件調優(yōu)，確保了在 Imagination GPU 上的效率最高。

另一方面，Imagination 認識到并非所有開(kāi)發(fā)者都使用底層庫，因此將這些庫對接到 open API 上，并進(jìn)行了優(yōu)化。作為 oneAPI 基金會(huì )的成員，Imagination 支持 oneAPI 的發(fā)展，并為基金會(huì )貢獻專(zhuān)業(yè)知識，加速其發(fā)展。此外，對于習慣使用其他框架的開(kāi)發(fā)者，Imagination 提供了 PVRtune 工具，幫助他們在 DXS GPU 上分析框架和工作負載，發(fā)現性能瓶頸。另外，DXS GPU 支持計算機視覺(jué)等應用，如 ADAS 數據的預處理和后處理。Imagination 與 OEM、ODM 和領(lǐng)先供應商合作，確保這些應用能夠高效運行。同時(shí)，Imagination 遵循 UXL 基金會(huì )的標準，推動(dòng)軟件在不同架構間的自由遷移，降低遷移成本。DXS GPU 在 AI 性能上同樣也實(shí)現了巨大飛躍，相較于前一代產(chǎn)品提升了近十倍。這一提升部分得益于硬件性能的增加（約 50%），但更多來(lái)自于軟件支持和協(xié)同，特別是在計算庫方面的 2 到 4 倍性能提升。通過(guò)優(yōu)化帶寬使用和片上內存，以及盡量保持計算在片上進(jìn)行，DXS GPU 不僅節省了帶寬，還降低了能耗。

最后，Imagination DXS GPU 不僅是最強的車(chē)載功能安全 GPU，還通過(guò)軟件優(yōu)化和計算庫的增強，實(shí)現了硬件利用率的最大化。DXS GPU 提供了靈活的配置選項，滿(mǎn)足不同廠(chǎng)商的產(chǎn)品定位和性能要求。隨著(zhù)計算庫的不斷進(jìn)步，DXS GPU 能夠實(shí)現更多的 ADAS 工作，并支持靈活的 ADAS 算法，使客戶(hù)的產(chǎn)品更具可持續性。憑借 GPU 的可編程性和強大的算力，DXS GPU 能夠快速適應新的自動(dòng)駕駛算法或功能，滿(mǎn)足市場(chǎng)和客戶(hù)的需求。