今天，對(duì)于市場(chǎng)上新推出的筆記本電腦，其芯片架構(gòu)的設(shè)計(jì)可能與幾年前有很大的不同。筆記本電腦的芯片集成度變得更高，SoC設(shè)計(jì)思路越來越多地向手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備靠攏。特別是，隨著遠(yuǎn)程辦公變得普及，大家對(duì)高性能、低功耗、長(zhǎng)續(xù)航筆記本電腦的需求提升，也推動(dòng)著廠商對(duì)筆記本電腦芯片進(jìn)行革新。

這為具有移動(dòng)端芯片研發(fā)能力的公司打開了新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。這些公司發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，在保證筆記本電腦的高性能同時(shí)降低功耗，并將圖形技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速、安全和I/O等集成到具有統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)的單個(gè)SoC中。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)正在丟棄原來的形式——一個(gè)包含 CPU、內(nèi)存和插入式圖形卡的盒子。是以，許多可能擁有臺(tái)式電腦的人們，現(xiàn)在會(huì)更多地考慮選擇一臺(tái)具有單一、高度集成芯片的筆記本電腦，PCI Express 接口變得更少。除了更低的功耗和更少的帶寬消耗之外，這種芯片架構(gòu)更容易實(shí)現(xiàn)，成本也更低。

基于這種高度集成，今天的高端計(jì)算機(jī)，無論是迷你臺(tái)式機(jī)還是便攜式筆記本電腦，很快就會(huì)非常像智能手機(jī)，這為 PC 處理器的變革奠定了基礎(chǔ)。在 Imagination，幾十年來我們一直在幫助客戶設(shè)計(jì)這樣的產(chǎn)品。

“移動(dòng)第一”的GPU設(shè)計(jì)理念

考慮到這一點(diǎn)，原本為臺(tái)式機(jī) PC 提供 GPU 的公司需要重新考慮其圖形架構(gòu)，以跟上不斷變化的需求。他們不能再只專注于設(shè)計(jì)性能最高的芯片，而不考慮功率或帶寬，因?yàn)榻裉斓墓P記本電腦可能在斷開電源的情況下還要持續(xù)工作很長(zhǎng)時(shí)間。 有的公司最近發(fā)布的 GPU 旨在提供更好的功耗，不過25 瓦依舊是不小的功耗。同時(shí)，筆記本電腦還要加上大電池和風(fēng)扇，大部分時(shí)間還要連接電源。 與之相比的是“移動(dòng)第一”的GPU設(shè)計(jì)理念，該理念從一開始便讓高效的硬件實(shí)現(xiàn)高性能。在移動(dòng) GPU 設(shè)計(jì)中，1瓦功耗也能有出色的性能表現(xiàn)，因?yàn)檫@是手機(jī)所允許的熱預(yù)算。與試圖將“蠻力”解決方案塞進(jìn)高效的電源外殼相比，在針對(duì)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行高度優(yōu)化的設(shè)計(jì)中進(jìn)行擴(kuò)展要容易得多。與其使用為高端PC設(shè)計(jì)的GPU并將其縮小，更明智的是從一開始便選擇為移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)的GPU，然后將其擴(kuò)展。

可擴(kuò)展的重要性

在 Imagination，我們知道如何在高效硬件中提供高性能。迄今為止，我們通過PowerVR圖形為100多億臺(tái)移動(dòng)設(shè)備提供了 3D 圖形技術(shù)。幾十年來，我們開發(fā)了許多新工藝和新技術(shù)，以提供業(yè)界高度優(yōu)化的移動(dòng) GPU。這包括分塊延遲渲染 (TBDR) 技術(shù)。

Apple M1 芯片是一個(gè)很好的例子，它說明了移動(dòng)優(yōu)先法則如何帶來紅利，以及完全集成的 SoC 如何通過TBDR提高性能，從而提高效率。事實(shí)上，作為一種移動(dòng)解決方案，M 系列芯片的開發(fā)始于2010 年 iPhone 4 中的 A4 芯片。經(jīng)過 10 多年的發(fā)展，A14 芯片代表了蘋果芯片項(xiàng)目的最新一代。A14 增加了兩個(gè) CPU 核（在現(xiàn)有的兩個(gè)高性能和四個(gè)能效核基礎(chǔ)上）以及四個(gè)額外的 GPU 核，從而形成了功能強(qiáng)大的新 M1 架構(gòu)。這種可擴(kuò)展性只有通過移動(dòng)優(yōu)先的方法來實(shí)現(xiàn)，該方法將所有高級(jí)功能完全集成到具有統(tǒng)一內(nèi)存視圖的單個(gè) SoC 中。

Imagination 在結(jié)合性能和效率方面專業(yè)性的最新示例是高度可擴(kuò)展的CXT GPU 架構(gòu)，這是業(yè)界首個(gè)針對(duì)移動(dòng)設(shè)備優(yōu)化的光線追蹤架構(gòu)。在移動(dòng)電源限制下，CXT 提供了以前為高端桌面圖形保留的真實(shí)照明、反射和陰影效果。

傳統(tǒng) PC 芯片供應(yīng)商即便是最新的 GPU也要消耗 25W 功率，CXT 的效率和可擴(kuò)展性就顯而易見了。但如果您使用基于 CXT IP 的 GPU，您可以在相同的功率預(yù)算內(nèi)獲得更高的性能，實(shí)際上是 2.5 倍。這使您不僅可以提供更高的性能，還可以提供光線追蹤等功能，并且所有這些功能都在相同的功耗范圍內(nèi)。

基于這種考量的芯片設(shè)計(jì)，可使芯片供應(yīng)商和 OEM 廠商打造具有差異化的產(chǎn)品。

另一種創(chuàng)造差異化的可能性是通過在芯片上集成高效的人工智能處理器。雖然 M1 提供了這種功能，但它還達(dá)不到 PC標(biāo)準(zhǔn)。這種人工智能能力通常需要強(qiáng)大的計(jì)算能力，Imagination 的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器 (NNA) IP 核能夠?qū)⒏咝А⒏叨瓤煽亢徒?jīng)過芯片驗(yàn)證的AI推理能力集成到SoC中。

CPU+GPU+NNA異構(gòu)計(jì)算是未來

隨著工作負(fù)載的日益多樣化，芯片供應(yīng)商需要考慮對(duì)芯片進(jìn)行優(yōu)化，以提供最佳性能，同時(shí)滿足功耗和效率要求。這意味著不僅要選擇高度優(yōu)化的 GPU 和 NNA，還要將這些處理器與高效的 CPU 和其他計(jì)算元素集成到靈活的異構(gòu)陣列中。 Imagination 的Catapult RISC-V CPU設(shè)計(jì)用于高度可擴(kuò)展計(jì)算的環(huán)境中工作。這使得它不僅適用于 PC，而且適用于廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，例如 5G 調(diào)制解調(diào)器、存儲(chǔ)器、ADAS/自動(dòng)駕駛汽車、數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算。此外，我們的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包處理器 (EPP) IP 核支持處理器和網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)流，以避免 CPU 瓶頸。

贏在新PC處理器時(shí)代

大型科技公司越來越多地從使用現(xiàn)成芯片轉(zhuǎn)向開發(fā)定制解決方案，以獲得對(duì)其設(shè)計(jì)的更大控制權(quán)，從而在市場(chǎng)上取得優(yōu)勢(shì)。沒有設(shè)計(jì)自己芯片的 OEM 面臨著越來越大的挑戰(zhàn)，因?yàn)楹苌儆袠O具競(jìng)爭(zhēng)力的現(xiàn)成芯片解決方案可用。

這為 SoC 制造商提供了開發(fā)高度優(yōu)化解決方案的機(jī)會(huì)，這些解決方案可為 OEM 帶來優(yōu)勢(shì)。所有方案都是為了在相同的功耗范圍內(nèi)提供更多的性能和功能——提供更好的用戶體驗(yàn)，同時(shí)延長(zhǎng)電池壽命。

在 Imagination，我們根據(jù)移動(dòng)設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)了所有 IP 核，因?yàn)槲覀冎肋@是我們的客戶創(chuàng)建前瞻性設(shè)計(jì)所需要的。借助專為異構(gòu)架構(gòu)設(shè)計(jì)的高效且可擴(kuò)展的處理器，SoC 制造商可以為其應(yīng)用選擇正確的計(jì)算元素組合，并為其客戶提供成功的解決方案。

原文標(biāo)題：SoC高度集成、移動(dòng)第一、異構(gòu)計(jì)算，PC處理器正迎來新變革

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