桌面GPU开启多样化时代 Imagination重回PC和服务器赛场 (gpuz界面)
知道Imagination的GPU IP在手机里被广泛应用的人很多。
不知道Imagination是做桌面端PC GPU起家的人也不少。
过去几年间，AI的爆发，云游戏的发展，智能汽车的快速迭代，手游的普及，以及光线追踪技术的兴起，让GPU无论在手机端、PC端还是云端都展现出了更重要的价值。
在手机GPU IP市场保持领先的Imagination，近期推出了全新的高性能GPU IP系列IMG DXD，性能上比上一代IMG BXT的单核性能提升2.25倍，足以满足主流游戏玩家和云游戏的需求，并且支持DirectX 11，可以运行主流游戏以及其它基于windows的应用程序和手机游戏。
“芯片设计的复杂度正在不断增长，我们的IP有非常显著的价值。” Imagination公司市场副总裁 Victoria Rege说， “通过使用IP，客户可以缩短产品上市的时间、减少总体拥有成本。同时，还可以优化功耗、性能及面积大小。”
Imagination全新的IMG DXD更重要的价值在于，相比其它高性能GPU大厂直接提供芯片产品不同，基于IMG DXD GPU IP，芯片设计公司可以设计出差异化的高性能GPU芯片，有Imagination丰富的IP产品助力，将开启GPU多样化的时代， 特别是在中国。
目前，已经有获得IMG DXD授权的客户在开发产品。
Imagination从1992年开始就开发GPU，至今已经有30多年的经验。
最早的时候，Imagination是开发针对桌面端和PC端的GPU， 通过PC GPU提供良好的游戏体验，也在这个过程中写入了Imagination的DNA里。变化发生在21世纪初。
2001年开始，Imagination开始涉足IP领域， 此时，Imagination充分发挥在GPU领域的经验，提供IP解决移动端的问题。从最初的PAD到后来到智能手机，Imagination的芯片出货量也快速增长，2013年达到10亿颗，2017年增至40亿颗。
当然，在这个过程中 Imagination的IP也不再局限于GPU， CPU和AI的IP也被广泛应用到汽车、AI等市场。
“我们最近一次GPU的架构变化，是在2019年交付了IMG A系列。” Victoria Rege进一步表示，“2020年发布的IMG B系列，是我们进一步涉足高端桌面级GPU。最新发布的IMG D系列，就是Imagination高端桌面级GPU IP的下一个迭代。”
对于经验丰富的Imagination来说，开发出优秀的高性能GPU IP不是难事。IMG D系列的这款IMG DXD就让人眼前一亮，性能大幅提升。
相比目前在PCIe factor板上推出的图形处理器IMG BXT，单核性能提升了2.25倍，双核配置的IMG DXD，更是可以提供5 TFLOPS FP32 和 144 GTexel/s， 足以满足主流游戏玩家对流畅帧速率的需求。
发展迅猛的云游戏也是IMG DXD的目标市场。
“我们要专注解决云游戏市场的几个需求，包括玩家体验（速度、延时、效率）、玩家数量、运营成本。”Imagination公司创新技术副总裁Kristof Beets介绍。
IMG DXD如何通过强劲的性能和各种特性满足这些市场的需求？
IMG D系列实现高性能的6大「绝活」
计算核心的架构升级是性能提升的源头，Kristof Beet介绍，IMG DXD 的计算核心增加了两个额外的USC，还增加了CPU让性能变得更高，也增加了支持双速率FP16，加上32kb的本地存储，优化的GPU架构的缓存，支持高性能GPU的需求。
同时，为了支持DirectX，在纹理处理方面增加了BCN格式，还对固定的功能模块进行了优化满足DirectX的要求。
在架构中增加关键的先进功能的绝活之外， Imagination实现IMG DXD实现高性能、高效率还有另外5个绝活。
第一个绝活就是片段着色率 ，这个技术可以在不影响视觉体验的情况下减少每帧所需的处理量。
片段着色意味着着色器不是以“像素点”着色，而是以“像素块”。比如，以2x2或者4
x4的像素块去着色，可以在不损失视觉效果的前提下，带来性能的提高，功耗和成本的降低。
第二个绝活就是2D双速率纹理 ，可以加快游戏中的后期处理效果。
“传统的GPU是用一个2D图像映射到一个3D球上，需要很多计算，比如视觉调整、透视计算等，带来成本的大幅增加。”Kristof Beets说，“通过2D双速率纹理技术，整个处理的过程更为直观，在视觉图像的后处理场景，可以把吞吐量提升一倍。”
第三个绝活是基于 RISC-V 的现代固件处理器 ，可将 GPU 管理性能提高 40%。
固件处理器是用来处理软硬件界面，对于GPU的效率和时延非常重要。
了解到，以前Imagination的GPU管理是一个专有架构，切换到RISC-V之后，可以用标准化的流程和编译器，让Imagination的GPU IP进入了一个时代，也能够支持更高性能的实现。
第四个绝活叫做流水线数据主控。
在传统的GPU上，比如IMG BXT中，是设置一个渲染，然后在Workload之间进行处理，会导致每个Workload之间的空闲时间。IMG DXD改变这种方式，可以在前一个Workload没有结束的时候，就可以设置下一个Workload直接开始，避免了中间的浪费。
第五个绝活是支持ASTC HDR， 可以在使用高质量纹理时最大限度地减少带宽，这也是支持DirectX的一部份。
在一系列的技术绝活加持下，IMG DXD的单核解决方案DXD-72-2304，对比 BXT-32-1024双核解决方案，性能实现了全面的提升，比如在ALU和纹理处理方面有12%的提升，差距最大的Workload1和Workload2，针对的就是高端桌面游戏的场景。
IMG DXD-72-2304双核配置是一个更受欢迎的配置， 可以达到144GTexel/s的填充率，1GHz的频率，FP32的性能是4.6TFLOPS，FT16翻一倍达到9.2TFLOPS，INT8的AI性能可以再翻一倍达到18TFLOPS。
当然，为了满足云游戏客户对于多用户、可扩展的需求，IMG-DXD的多核技术完全可以胜任， Imagination的HyperLane虚拟化技术，支持一个核分成八个硬件的不同域，每一个域都可以完成独立的Workload。
从逻辑上说，IMG- DXD最多可以做到4核，能把四个核融合在一起去做大体量的实体的Workload。当然，也可以根据客户的需要，通过像Chiplet的技术进一步扩展核的数量。
例如，IMG DXD 4核方案完全可以做到32个虚拟域、完全独立的运行不同用户的游戏。
“因为我们是在硬件层面做分割，所以带来的性能的降低相比基本可以忽略不计。”Kristof Beets强调。
Imagination公司应用工程总监艾克补充到，“四个核实现32路的虚拟域之后，可以把用户的数据也进行分离，每个用户之间数据也可以做保护、隔离，这样可以做到节省功耗、灵活度比较高的云游戏的方案。”
桌面GPU开启多样化的时代，中国是重点
有了Imagination提供的高性能GPU IP，芯片设计公司就更容易基于IMG DXD设计出差异化的桌面GPU。
高性能的IP之外，客户会关心生态问题， 支持DirectX就意味着有强大的生态。
“DirectX11是非常关键的API，大部分主流的游戏都支持DirectX11的。要支持DirectX11.0就包括所有的细节，这是微软所规定的所有的特性，不是可选的特性，也不是一个用软件模拟的特性。我们希望后续的版本能支持DirectX12.0。”Kristof Beets进一步表示，“除此之外，我们的硬件还支持OpenGL4.7，以及Vulkan API。”
提供生态的支持对开发者至关重要，这是GPU能够真正实现多样化的关键。
所以Imagination还会有一系列生态系统的支持， 包括DDK发布，及时支持新OS版本和新API等。Imagination也已经和很多中国厂商合作，包括：米哈游、腾讯旗下的光子工作室群、完美世界等，支持各种游戏引擎。
“无论是对于高性能层级的需求，还是低成本层级的需求，客户都可以基于我们的虚拟化技术和多核的这种技术实现。”Kristof Beets提到了Imagination能够满足客户差异化需求的另一个关键。
“除了提供IP，我们也可以对架构和结构做一些专利授权。 有了这些授权，合作伙伴就可以完全对云游戏的需求量身定制芯片。”Kristof Beets强调，“降低延时并不只是要在GPU上去努力，它是一个整体性的问题，我们基于IP的这种服务的方式，能够提供灵活度，也能降低客户成本，并缩短可以产品上市的时间。”
还有一个关键特性， IMG DXD 适用于所有流行的 CPU 架构， 包括 RISC-V，也支持Linux、Android和Windows以及UOS和Kylin OS等新兴操作系统。
中国正是会出现各种差异化GPU的重要市场。
“2015年开始，Imagination加大了对于中国市场的重视程度， 回顾过去三四年，中国市场的增长非常快， 体现在我们在中国的客户的增长，以及我们在中国的员工投入等各方面的增长。 ”Imagination公司副总裁兼中国区总经理刘国军说，“作为IP提供商，我们也非常重视重视在中国的生态建设 ，我们与各方面的生态伙伴进行合作，包括客户、以及中间的方案开发商、软件开发商等。”
刘国军对于市场的前景也充满信心，“现在处于半导体行业周期性的谷底，市场的回暖与应用相关，我们认为AI的落地和汽车，与算力和GPU都相关，我们对未来充满信心。”
高性能、高灵活性的GPU IP，是Imagination给桌面差异化GPU以及云游戏时代准备的基石，只有在如此强大的基石之上，才能迎来GPU差异化创新以及蓬勃发展的云游戏时代。
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