解读ARM GPU的三个发展趋势

作者 张国斌

随着智能手机平板电脑进入视网膜屏高清时代，GPU的重要性日益凸显，用户在使用这些电子设备时，首先关注的是高清视频、3D游戏以及flash动画的体验，而这些体验和GPU性能有直接联系，一款性能出色的GPU不但可以给用户以最佳体验，更兼顾低功耗特性，在CPU核战已无悬念的情况下，未来GPU将如何发展？近日，电子创新网总编张国斌独家采访了ARM公司媒体处理部门战略营销副总裁Kevin Smith，就ARM GPU未来发展进行了交流，归纳为ARM GPU的三个发展趋势。

趋势一：关注可扩展性，GPU核战爆发在即

在PC领域，曾经爆发过有关CPU与GPU谁更重要的口水大战，现在看来，两者都重要，因为它们架构不同、侧重不同，CPU和GPU都是具有高速运算能力的芯片，CPU更像“通才”——指令运算+数值运算，GPU更像“专才”——图形计算，不同类型的运算速度决定了它们的能力。因此CPU更擅长像操作系统、系统软件和通用应用程序这类拥有复杂指令调度、循环、分支、逻辑判断的程序任务，而GPU则擅长图形类和非图形类的高度并行数值计算。因此，在一部手机或者平板中，两者需要均衡搭配才能发挥出最大效能。

到目前为止，ARM共发布了人Mali100、Mali300、Mali400、Mali450和Mali T600等五个系列的GPU，在MaliT600以后，ARM GPU在结构上发上了很大改变，以桌面应用看齐，在性能上有很大提升。


Mali400结构功能图


Mali-t604功能图

Kevin Smith介绍说实际上在发布T600系列时，ARM已经考虑到了与未来64位处理器的兼容问题，所以Mali-T600的第二代支持64位双精度，可以与ARM最新的A50系列64位处理器紧密关联。“另外，T600系列采用了这色器内核架构和三管道体系，更容易实现多核，这比其他架构GPU更有优势。” Kevin Smith强调。“未来ARM会重点优化T600系列产品，例如我们最新发布的T624\T628\T678就比T604在同等裸片面积性能提升50%！”

他解释说性能的提升源自对架构的增强，例如这三款系列GPU可在同样的内核面积下提供更高的时钟频率、更高的IPC(每时钟周期指令数)、更高的能效，所以每个型号的性能都可以提升50％。

另外，这三款GPU也首次次支持ASTC(适应性可扩展纹理压缩)：这是一种由ARM开发、Khronos Group已将其纳入OpenGL ES规范的纹理压缩技术，能在系统级别提高效率，并改进纹理质量和弹性，“而且，ARM GPU也是率先支持OpenGL ES 3.0版新标准的处理器。”他指出，“我们的GPU支持OpenGL Full Profile的GPU计算，不但支持OpenGL ES 1.1/2.0/3.0、DX 11/11 FL 9_3，此外还支持Google RenderScript计算语言。实际上已经向桌面应用看齐。也向GPGPU更迈进了一步。当然，这也是增强兼容性的举措，我们的策略是就是支持公开的各类标准和API。”


Mali-T678功能框图

由于GPU的并行架构更适合实现多核，因此为未来多核GPU将是一大亮点，Kevin表示依托ARM的独特优势，未来不管是16核还是24核均可以轻易实现。


ARM GPU的扩展性示意图

在我采访Imagination时，他们也勾勒了一幅未来处理器发展的蓝图，显然，多核GPU是亮点。


未来处理器发展的蓝图

那么2013年，主流的GPU产品将是多是核心？Kevin认为8核GPU会出现但将是高端市场，主流市场仍将是四核为主，不过他认为明年市场上GPU跨度较大，从单核到双核到四核到8核都有出现，满足市场从低到高的需求。

近日，谷歌Nexus 10平板电脑已经面市，它的真实面貌。该机采用一块10英寸屏幕，分辨率高达2560×1600像素，像素密度为300ppi，超过了iPad4和新iPad，它采用了1.7GHz主频的三星Exynos 5250双核处理器，配备2GB RAM，集成Mali T604四核GPU，Kevin强调这样高端机型足以说明ARM GPU可以支持高端应用。

在GPU的发展策略上，Kevin介绍说ARM会坚持以较小的面积实现更高的性能，即坚持高能效的策略，同时，会考虑高性能方向，向桌面GPU看齐。
以下是各类GPU的功耗对比，可以看出，ARM GPU在单位功耗方面的性能突出，能达到每瓦48GFLOPS的特性，原高于桌面GPU的能效。

处理器	类型	GFLOPS (32bit)	GFLOPS (64bit)	Watt (TDP)	GFLOPS/Watt (32bit)	FLOPS/Watt (64bit)
Adapteva Epiphany-IV	Epiphany	100	N/A	2	50	N/A
Movidius Myriad	ARM SoC: LEON3+SHAVE	15.28	N/A	0.32	48	N/A
ZiiLabs	ARM SoC	58	N/A	?	20?	N/A
Nvidia Tesla K10	X86 GPU	4577	190	225	20.34	?
ARM + MALI T604	ARM SoC	8 + 68	N/A	4?	19?	N/A
NVidia GTX 690	X86 GPU x 2	5621	234?	300	18.74	0.78
GeForce GTX 680	X86 GPU	3090	128	195	15.85	0.65
AMD Radeon HD 7970 GHz	X86 GPU	4300	1075	3