Imagination的异构计算版图：GPU只是其中一环
来源：电子工程专辑
这两年随数据中心、汽车电子市场，以及ai等技术的发展，gpu这类处理器的重要性变得今非昔比。从某些gpu厂商在不同时代的产品迭代方式就看得出来。
今年是imagination的powervr gpu架构30周年，我们总结过powervr走过的这30年。在由aspencore主办的iic shenzhen 2022(国际集成电路展览会暨研讨会)同期举办的全球ceo峰会上，imagination中国区董事长白农在主题演讲中也再次提到了30年来imagination gpu ip的几个重要变迁。
“2007年苹果推出第一代iphone，当时就采用了imagination的gpu技术;2018年，imagination最早拥有gpu硬件虚拟化技术，用于汽车领域；2020年发布的img b系列gpu ip目前已授权全球知名汽车芯片以及国内gpu芯片企业，其终端产品已应用在汽车和数据中心领域。2021年我们又发布了c系列，是业界首个支持实时光线追踪的移动gpu，目前也正在跟一些全球头部手机厂商开展合作。”
今年的khronos & imagination技术研讨会上，imagination就已经在提市场对于gpu的扩展性、弹性设计需求，所以imagination以模块化、层级化的方式，以架构的弹性化扩展方式，覆盖从手机到服务器设备的各类需求。这一系列变迁就足够看出gpu这类处理器当前市场地位的与众不同了。
不过imagination如今的ip产品可不止是gpu，还涵盖了cpu与ai加速。则循着异构架构的大趋势，imagination又有了新的舞台。
imagination的异构布局
除了众所周知的imagination的gpu ip，在ai加速领域，“我们也深耕了将近10年。”白农说。颇具标志性的几个产品发布时点，其一是2018年发布的第二代nna神经网络加速器，“国内一家头部手机与消费类设计企业就采用了这款加速器，目前已经广泛地应用到了手机、aiot和教育等行业。”
“第三代nna去年也跟几家国内客户进行了深度合作；2020年第四代4nx加速器以自动驾驶为主要发展方向——目前我们也已经和北美两家头部自动驾驶企业开展了合作。”
而在cpu方面，imagination是在去年发布的catapult cpu，这是risc-v指令集的cpu ip。白农谈到，虽然此前imagination在私有化之际，mips业务就剥离出去，但“imagination仍然保留了cpu方面的基础专利和技术储备。”
与此同时，基于不同的处理器，imagination也推出了异构计算平台。“我们一开始就采用软件和ip联合定义的方式。一方面，我们会兼容业界标准的生态;也会提供开发平台，包括了软件栈、工具链、模型，和给开发者提供培训以及建设开发者社区网站等。”
基于cpu、gpu、ai加速器的ip布局，以及软件栈及异构计算开发平台的搭建，imagination也打造了完整的异构计算平台。“我们认为gpu+cpu+ai神经网络加速器的异构组合，是满足算力需求的先进架构。”白农谈到，“举个例子，通过gpu和ai神经网络加速器，在汽车领域可以提供智能驾舱和辅助驾驶所需的显示和辅助功能。如果需要更高的算力，比如未来l4、l5级自动驾驶，或者是数据中心的应用，可以用gpgpu+ai+cpu的组合。”
这种异构方案原本就是行业的发展方向，不过搭建起完整的不同架构和类型的处理器，还是相当不容易的。理想情况下，面向不同应用场景，能够以不同的处理器组合方式来应对，就能“在芯片有限的资源内，包括功耗、面积，再与软件、算法结合，提供最高的计算密集度”。
全社会的数字化转型，对不同层级的设备提出了高算力需求。当摩尔定律无法满足算力需求，并同步达成对应的能效提升与功耗降低，针对特定场景更专用的芯片架构，以及系统层面异构架构也就成为发展的必然。
白农提到异构计算的几个重要特性(1)可拓展性与可重用性(scalability & reusability)；(2)可编程性；(3)高效性；(4)灵活性。不过其实即便不看imagination的异构处理器ip布局，其gpu当前的弹性缩放思路似乎也是循着这几个特点在走的。
国内的市场机会与异构战略
基于这样的异构计算组建能力，白农特别谈到了imagination眼中中国的半导体市场机会。集中对特定区域市场的个别关注，也是当前很多半导体企业会做的事情。这可能与全球政治与贸易环境变局下，半导体供应链从全球化走向区域化(regionalization)有很大的关系。“从ip的角度，imagination会在gpu和高性能计算技术方面，以合作共赢、合法合规的方式，坚决支持中国客户的发展。”
白农特别提到了4个在中国高速发展的市场，分别是汽车、手机、pc和云游戏。这4个市场，实际上也是imagination当前能够涉足并能够占据一席之地的市场。而且从下游系统厂商的角度，这几个市场的系统级参与者都更有机会自己去开发芯片。这两年eda、ip供应商普遍在谈这些市场的机遇。
汽车市场上，“中国汽车产业正面临百年未有之大变局。2021年中国已经是全球第一大汽车市场和制造国，尤其是新能源汽车领域。”白农说，“得益于国家在新能源战略上的前瞻布局和稳步推进，中国已经是全球第一大新能源汽车市场以及出口国。”汽车应用下，对adas/ad、智能座舱等核心应用而言，“gpu和高算力芯片的需求都大大提升”。
智能手机市场虽然暂时在下滑，但其市场量级仍然是诸多上游半导体与显示厂商最大的营收来源，也是半导体制造尖端工艺应用的绝对主场。而且“中国是出货量最大的智能手机市场，已经是全球的一半以上。”“手机市场的特点是快速的更新迭代，每年一代新产品来迎合更多和更先进的各类应用，gpu是其中的核心技术。”
pc的发展历史不短，出货量虽然达不到智能手机的程度，但也是市场刚需。在imagination看来，“这个市场正面临巨大变迁，即cpu指令集、操作系统和应用软件脱钩。”“苹果m1就是非x86架构cpu，却仍然与现有操作系统和软件生态保持兼容。”这种“非x86 cpu”于pc市场的发展，可能也让imagination看到了risc-v cpu的市场机遇，尤其是在中国。而且这些cpu还“需要gpu的搭配，也为国产gpu提供了巨大的刚需存量市场。”
云技术方面，imagination之所以把云游戏单独拿出来讲，应该是基于其移动端重图形渲染的先进gpu产品也同样适用于云端服务器。白农说2019年是云游戏元年，而“中国也是开创云游戏的根据地。预计到2025年，云游戏会成为350亿元规模的市场，年复合增长率75%。这也为国产gpu提供了很大的增量市场”。
根据这4个市场的发展潜力，imagination提出了“中国战略”。白农说：“imagination的中国战略包括三大方面。”这里所说的中国战略，是在中国本土，imagination这家企业自身的发展方向。“第一，我们将从销售导向发展为市场导向。根据本土市场和客户的要求来定义产品，改变以西方市场定义的产品拿来中国卖的做法。”
“第二，在中国加大投资、加强技术人员，提升客户支持的能力，加深与客户合作共赢，共同开发解决方案。同时今年我们也组建了软件研发团队。”“第三，加强生态建设，与生态伙伴开发者、下下游的客户，比如手机oem、汽车主机厂、互联网公司等，提供培训、建立联合创新中心。”
这几个战略的本质，在我们看来核心应当在于强化imagination在中国的技术研发布局，这大概仍然和半导体供应链的“区域化”有很大关系。
在白农所说的生态建设加强方面，imagination于中国的生态建设已经在稳步进行中了。比如说在移动领域，和国内oem厂商、游戏开发者、引擎和工具上合作;而在ai方面，imagination则与百度飞桨深度学习框架进行了合作;gpu方面，imagination与平头哥开展了合作。
可能出乎很多人意料之外的事情在于，2017年imagination被凯桥资本全资收购以后，过去几年公司年度营收的复合增长达到了33%。这与imagination着力在中国市场应该有很大关系，白农说imagination在中国的团队人数过去3年增长了57%。
“面向中国这个巨大和创新的市场，imagination将持续提供核心技术，并加大在中国的市场投入。”这两年，我们预计会在更多市场，尤其是国产芯片上看到imagination的ip产品的身影。
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这两年随数据中心、汽车电子市场，以及ai等技术的发展，gpu这类处理器的重要性变得今非昔比。从某些gpu厂商在不同时代的产品迭代方式就看得出来。
今年是imagination的powervr gpu架构30周年，我们总结过powervr走过的这30年。在由aspencore主办的iic shenzhen 2022(国际集成电路展览会暨研讨会)同期举办的全球ceo峰会上，imagination中国区董事长白农在主题演讲中也再次提到了30年来imagination gpu ip的几个重要变迁。
“2007年苹果推出第一代iphone，当时就采用了imagination的gpu技术;2018年，imagination最早拥有gpu硬件虚拟化技术，用于汽车领域；2020年发布的img b系列gpu ip目前已授权全球知名汽车芯片以及国内gpu芯片企业，其终端产品已应用在汽车和数据中心领域。2021年我们又发布了c系列，是业界首个支持实时光线追踪的移动gpu，目前也正在跟一些全球头部手机厂商开展合作。”
今年的khronos & imagination技术研讨会上，imagination就已经在提市场对于gpu的扩展性、弹性设计需求，所以imagination以模块化、层级化的方式，以架构的弹性化扩展方式，覆盖从手机到服务器设备的各类需求。这一系列变迁就足够看出gpu这类处理器当前市场地位的与众不同了。
不过imagination如今的ip产品可不止是gpu，还涵盖了cpu与ai加速。则循着异构架构的大趋势，imagination又有了新的舞台。
imagination的异构布局
除了众所周知的imagination的gpu ip，在ai加速领域，“我们也深耕了将近10年。”白农说。颇具标志性的几个产品发布时点，其一是2018年发布的第二代nna神经网络加速器，“国内一家头部手机与消费类设计企业就采用了这款加速器，目前已经广泛地应用到了手机、aiot和教育等行业。”
“第三代nna去年也跟几家国内客户进行了深度合作；2020年第四代4nx加速器以自动驾驶为主要发展方向——目前我们也已经和北美两家头部自动驾驶企业开展了合作。”
而在cpu方面，imagination是在去年发布的catapult cpu，这是risc-v指令集的cpu ip。白农谈到，虽然此前imagination在私有化之际，mips业务就剥离出去，但“imagination仍然保留了cpu方面的基础专利和技术储备。”
与此同时，基于不同的处理器，imagination也推出了异构计算平台。“我们一开始就采用软件和ip联合定义的方式。一方面，我们会兼容业界标准的生态;也会提供开发平台，包括了软件栈、工具链、模型，和给开发者提供培训以及建设开发者社区网站等。”
基于cpu、gpu、ai加速器的ip布局，以及软件栈及异构计算开发平台的搭建，imagination也打造了完整的异构计算平台。“我们认为gpu+cpu+ai神经网络加速器的异构组合，是满足算力需求的先进架构。”白农谈到，“举个例子，通过gpu和ai神经网络加速器，在汽车领域可以提供智能驾舱和辅助驾驶所需的显示和辅助功能。如果需要更高的算力，比如未来l4、l5级自动驾驶，或者是数据中心的应用，可以用gpgpu+ai+cpu的组合。”
这种异构方案原本就是行业的发展方向，不过搭建起完整的不同架构和类型的处理器，还是相当不容易的。理想情况下，面向不同应用场景，能够以不同的处理器组合方式来应对，就能“在芯片有限的资源内，包括功耗、面积，再与软件、算法结合，提供最高的计算密集度”。
全社会的数字化转型，对不同层级的设备提出了高算力需求。当摩尔定律无法满足算力需求，并同步达成对应的能效提升与功耗降低，针对特定场景更专用的芯片架构，以及系统层面异构架构也就成为发展的必然。
白农提到异构计算的几个重要特性(1)可拓展性与可重用性(scalability & reusability)；(2)可编程性；(3)高效性；(4)灵活性。不过其实即便不看imagination的异构处理器ip布局，其gpu当前的弹性缩放思路似乎也是循着这几个特点在走的。
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基于这样的异构计算组建能力，白农特别谈到了imagination眼中中国的半导体市场机会。集中对特定区域市场的个别关注，也是当前很多半导体企业会做的事情。这可能与全球政治与贸易环境变局下，半导体供应链从全球化走向区域化(regionalization)有很大的关系。“从ip的角度，imagination会在gpu和高性能计算技术方面，以合作共赢、合法合规的方式，坚决支持中国客户的发展。”
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“第二，在中国加大投资、加强技术人员，提升客户支持的能力，加深与客户合作共赢，共同开发解决方案。同时今年我们也组建了软件研发团队。”“第三，加强生态建设，与生态伙伴开发者、下下游的客户，比如手机oem、汽车主机厂、互联网公司等，提供培训、建立联合创新中心。”
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