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作者 張國斌 隨著智能手機平板電腦進入視網膜屏高清時代，GPU的重要性日益凸顯，用戶在使用這些電子設備時，首先關注的是高清視頻、3D游戲以及flash動畫的體驗，而這些體驗和GPU性能有直接聯系，一款性能出色的GPU不但可以給用戶以最佳體驗，更兼顧低功耗特性，在CPU核戰已無懸念的情況下，未來GPU將如何發展？近日，電子創新網總編張國斌獨家采訪了ARM公司媒體處理部門戰略營銷副總裁Kevin Smith，就ARM GPU未來發展進行了交流，歸納為ARM GPU的三個發展趨勢。 趨勢一：關注可擴展性，GPU核戰爆發在即 在PC領域，曾經爆發過有關CPU與GPU誰更重要的口水大戰，現在看來，兩者都重要，因為它們架構不同、側重不同，CPU和GPU都是具有高速運算能力的芯片，CPU更像“通才”——指令運算+數值運算，GPU更像“專才”——圖形計算，不同類型的運算速度決定了它們的能力。因此CPU更擅長像操作系統、系統軟件和通用應用程序這類擁有復雜指令調度、循環、分支、邏輯判斷的程序任務，而GPU則擅長圖形類和非圖形類的高度并行數值計算。因此，在一部手機或者平板中，兩者需要均衡搭配才能發揮出最大效能。 到目前為止，ARM共發布了人Mali100、Mali300、Mali400、Mali450和Mali T600等五個系列的GPU，在MaliT600以后，ARM GPU在結構上發上了很大改變，以桌面應用看齊，在性能上有很大提升。 
Mali400結構功能圖
Mali-t604功能圖 Kevin Smith介紹說實際上在發布T600系列時，ARM已經考慮到了與未來64位處理器的兼容問題，所以Mali-T600的第二代支持64位雙精度，可以與ARM最新的A50系列64位處理器緊密關聯。“另外，T600系列采用了這色器內核架構和三管道體系，更容易實現多核，這比其他架構GPU更有優勢。” Kevin Smith強調。“未來ARM會重點優化T600系列產品，例如我們最新發布的T624\T628\T678就比T604在同等裸片面積性能提升50%！” 他解釋說性能的提升源自對架構的增強，例如這三款系列GPU可在同樣的內核面積下提供更高的時鐘頻率、更高的IPC(每時鐘周期指令數)、更高的能效，所以每個型號的性能都可以提升50％。 另外，這三款GPU也首次次支持ASTC(適應性可擴展紋理壓縮)：這是一種由ARM開發、Khronos Group已將其納入OpenGL ES規范的紋理壓縮技術，能在系統級別提高效率，并改進紋理質量和彈性，“而且，ARM GPU也是率先支持OpenGL ES 3.0版新標準的處理器。”他指出，“我們的GPU支持OpenGL Full Profile的GPU計算，不但支持OpenGL ES 1.1/2.0/3.0、DX 11/11 FL 9_3，此外還支持Google RenderScript計算語言。實際上已經向桌面應用看齊。也向GPGPU更邁進了一步。當然，這也是增強兼容性的舉措，我們的策略是就是支持公開的各類標準和API。”
Mali-T678功能框圖 由于GPU的并行架構更適合實現多核，因此為未來多核GPU將是一大亮點，Kevin表示依托ARM的獨特優勢，未來不管是16核還是24核均可以輕易實現。
ARM GPU的擴展性示意圖 在我采訪Imagination時，他們也勾勒了一幅未來處理器發展的藍圖，顯然，多核GPU是亮點。
未來處理器發展的藍圖 那么2013年，主流的GPU產品將是多是核心？Kevin認為8核GPU會出現但將是高端市場，主流市場仍將是四核為主，不過他認為明年市場上GPU跨度較大，從單核到雙核到四核到8核都有出現，滿足市場從低到高的需求。 近日，谷歌Nexus 10平板電腦已經面市，它的真實面貌。該機采用一塊10英寸屏幕，分辨率高達2560×1600像素，像素密度為300ppi，超過了iPad4和新iPad，它采用了1.7GHz主頻的三星Exynos 5250雙核處理器，配備2GB RAM，集成Mali T604四核GPU，Kevin強調這樣高端機型足以說明ARM GPU可以支持高端應用。 在GPU的發展策略上，Kevin介紹說ARM會堅持以較小的面積實現更高的性能，即堅持高能效的策略，同時，會考慮高性能方向，向桌面GPU看齊。 以下是各類GPU的功耗對比，可以看出，ARM GPU在單位功耗方面的性能突出，能達到每瓦48GFLOPS的特性，原高于桌面GPU的能效。
趨勢二：關注一致性，與CPU融合 在PC處理器領域，AMD以融合CPU和GPU的APU開創了新的PC處理器領域，在移動處理器領域，這個趨勢仍將延續，從近日Imagination對MIPS的收購已經顯現端倪。Kevin也認同這個趨勢，“ARM的GPU不但注重圖形處理更看重通用計算，未來CPU與GPU要走融合的道路，所以ARM在布局GPU時就考慮與未來CPU的搭配，比如我們的GPU是支持64位處理器的，所以未來處理器升級到64位我們都可以支持。”他指出，“ARM考慮到是讓用戶用最快的方式實現低功耗高性能處理器，未來融合CPU與GPU的Soc內部會采用ARM的AMBA總線。” 實際上，在ARM的的Mali-T600 系列 GPU 內的有個作業管理器，它可以任務管理從 CPU 卸載到 GPU，并在活動著色器內核之間實現無縫負載平衡。這個功能估計已經為未來的CPU與GPU融合埋下了伏筆，通過 ARM 的一致性和互連技術，計算任務在異類系統中進行共享處理時，可以輕松跨越 CPU、GPU 和其他可用計算資源，更高效地訪問數據。 他強調ARM GPU還關注通用計算，因此，未來也將壓縮DSP市場，CEVA是否感受到了壓力？ 從支持64位處理里來看，未來采用融合CPU與GPU的處理器將是A50系列處理器，按照某些芯片廠商的估計，預計2014年此類芯片可以面市。 趨勢三：工藝升級，2014年ARM處理器采用finFET技術？ 很多人認為ARM處理器在傳統工藝上的升級空間已經不大，在英特爾大張旗鼓地宣傳3D晶體管技術的時候，ARM 其實也也已經開始了下一代工藝技術的研發，Kevin透露ARM的PIP（物理IP）部門早與TSMC以及Global Foundries合作開始了下一代工藝finFET晶體管工藝技術的研發，這是前所未有的，預計新的工藝技術將在TSMC的16nm工藝 和Global Foundries上的14nm上實現，而新工藝可能會用于ARM下一代64位處理器上。 在具體產品發展上，在ARM公布了最新的A50系列處理器后，已經有AMD、博通（Broadcom）、Calxeda、海思半導體、三星及意法半導體等七家公司獲得A53與A57處理器授權，其中，STE聲稱將在2014年出貨A53處理器，這是否意味著2014年ARM處理器將采用finFET工藝技術？ 在今年1月召開的2012國際電子器件會議(IEDM)上，TSMC已經展示有關finFET晶體管工藝技術，臺積電將提供的16nm工藝金屬布線部分直接沿襲20nm工藝，將晶體管部分換成16nm工藝的FinFET。與20nm工藝相比，可使晶體管的工作速度提高20%～25%，使耗電量降低35%。由于金屬布線部分在20nm工藝和16nm工藝間通用，因此兩工藝的芯片面積相同。與intel的工藝不同，臺積電的finFET晶體管摻入了鍺材料。
TSMC展示有關finFET晶體管工藝技術 以下為采用主要GPU的處理器性能對比
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