CPU+GPU=UPU：中微電全新處理器架構(gòu)問世!

隨著視頻處理增多，CPU和GPU的融合成為一種趨勢(shì)。深圳中微電科技有限公司(ICube)創(chuàng)新了一種“中國芯”——UPU（和諧統(tǒng)調(diào)處理器，unified processor unit）技術(shù)，特點(diǎn)是把CPU和GPU兩種異質(zhì)核統(tǒng)一在一個(gè)芯核內(nèi)，并采用獨(dú)有的不犧牲效率的多線程技術(shù)。

圖1 CPU+GPU的演進(jìn)圖 (MVP是multi-thread virtual pipeline，多線程虛擬流水線)

中微電不僅提供UPU IP，還提供芯片，其IC1是第一個(gè)基于UPU的移動(dòng)系統(tǒng)芯片，已于去年推出工程樣片^[1]，主頻600MHz，是雙核-8線程。預(yù)計(jì)明年底推出IC2芯片，主頻1GHz，四核-16線程。去年，中微電還與深圳一家公司聯(lián)合申請(qǐng)了國家的核高基項(xiàng)目。

GPU與CPU的融合
把CPU和GPU真正的融合在一個(gè)芯片里，這種融合不僅是硬件的融合，還有軟件和完整的工具鏈，例如中微電有自己的指令集和Ithreads、Pthreads，可以進(jìn)行GPU、CPU的軟件調(diào)用。這樣，客戶不用管具體應(yīng)用，GPU任務(wù)來后，中微電的軟件自動(dòng)分配給幾個(gè)線程，并支持OpenGL。

中微電的IP有單核-4線程，雙核-8線程，未來將有四核16線程。每個(gè)線程相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的GPU或CPU核。16個(gè)線程做處理時(shí)，多任務(wù)情況下，可相當(dāng)于16個(gè)SMP（對(duì)稱多處理）核；如果是單任務(wù)，可以進(jìn)行并行計(jì)算，即通過Pthreads，把多線程全部作為一個(gè)并行計(jì)算的硬件載體來進(jìn)行運(yùn)算。例如，在中微電的實(shí)驗(yàn)室里，“只用一個(gè)雙核8線程，能夠把軟件的并行計(jì)算、視頻的解碼（軟的）等用多線程實(shí)現(xiàn)出來?！?br />

中微電公司業(yè)務(wù)拓展副總裁曹安生稱，相比市面上SoC芯片的CPU核（ARM或者M(jìn)IPS），中微電的核效率較高。例如要執(zhí)行GPU任務(wù)時(shí)，客戶還要License（獲得授權(quán)）另外一個(gè)GPU的核。而要做視頻的編解碼時(shí)，還要再License一個(gè)視頻硬核，所以是一個(gè)CPU核、一個(gè)GPU核，之后再封裝在一起。如果要想GPU的能力越強(qiáng)，GPU核就越多。未來x265標(biāo)準(zhǔn)出來，它License的視頻硬核是定死的，因此處理能力會(huì)受限。

一個(gè)UPU核有4個(gè)線程，相當(dāng)于有4個(gè)SMP核，因此可以多任務(wù)、在不同的線程上跑。“當(dāng)跑視頻時(shí)，通過這四個(gè)線程，把算法并行化，就可以在四個(gè)線程上用軟件來做。”

那么，相對(duì)于硬件，軟件是否會(huì)引發(fā)功耗升高？曹安生稱功耗會(huì)稍微高一點(diǎn)，但是可以接受的范圍。軟件的好處在哪兒？靈活性.“我們的軟件可以并行化。例如現(xiàn)在可以是雙核-8線程。如果未來推出四核-16線程，如果你有新的算法，也沒問題，只要是把這個(gè)軟件并行了之后，你在網(wǎng)上下載一些你現(xiàn)在格式就OK了?！?br />
UPU體現(xiàn)靈活
首先，線程既可執(zhí)行GPU任務(wù)，又可當(dāng)CPU。4個(gè)線程的好處是靈活，例如玩游戲時(shí)，CPU的任務(wù)很少。那我就可以把4個(gè)線程拿出來作為GPU的1個(gè)處理器，它的旁邊如果再配一些固定的配置，就組成了完整的GPU。

             圖2 UPU和諧統(tǒng)調(diào)的流程

任務(wù)動(dòng)態(tài)地在線程之間分配，哪幾個(gè)做CPU，哪幾個(gè)做GPU。但是有GPU任務(wù)時(shí)，優(yōu)先滿足GPU，剩下的那些線程可以執(zhí)行CPU的任務(wù)。當(dāng)GPU把任務(wù)結(jié)束了，那些線程又可以來執(zhí)行CPU的任務(wù)。

性能強(qiáng)大
IC1是中微電的第一款產(chǎn)品，據(jù)曹安生介紹，其GPU的能力比Mali-400 GPU不遜色，或者更強(qiáng)（注：指核的比較，Maili有單核和雙核產(chǎn)品）。

據(jù)中微電評(píng)估，IC1 600MHz與ARM Cortex-A9雙核1GHz比，ARM制程是40nm，中微電是65nm。對(duì)于CoreMark指標(biāo)，中微電的單核是2580，雙核就是5160；Cortex-A9雙核不到3000。功耗方面，用MVP核來比較，一點(diǎn)都不差，甚至還更好。

          圖3 IC1——1雙核-8線程

開發(fā)環(huán)境放心
中微電有自己完整的編譯器，這歸功于中微電的編譯器的專家——Fred Chow，曾是MIPS科技公司的創(chuàng)始人之一，主持過MIPS的Open64編譯軟件設(shè)計(jì)。

因此，如果客戶是用C語言寫的，之后在ARM環(huán)境上面來編譯或運(yùn)行，其源代碼可以在中微電的編譯器上編譯，就能在中微電的UPU上運(yùn)行了。

與ARM、MIPS較量的機(jī)會(huì)
“非常坦率地講，我們面臨一個(gè)非常大的問題，不在于我們的性能怎么好，而在于生態(tài)鏈的競(jìng)爭(zhēng)?！崩顝└φf。

但中微電的生態(tài)鏈也在慢慢的完善、改善。好消息是，Google在推LLVM（底層虛擬機(jī)器，Low Level Virtual Machine），如果能推廣的話，以后所有的基于LLVM的應(yīng)用，跟下面CPU的架構(gòu)是無關(guān)的。那時(shí)，用ARM、MIPS，或中微電UPU上跑的應(yīng)用都是一模一樣。如果這個(gè)生態(tài)鏈能夠完善，用戶就看什么？比如中微電的四核-16線程，相當(dāng)于16個(gè)核，如果不超過20美元，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是四核-30美元或者更高，用戶的選擇會(huì)顯而易見了。

據(jù)悉，中微電基于LLVM做了很多工作，因此客戶基于LLVM應(yīng)用開發(fā)的，在中微電的核上馬上就可以運(yùn)行?！拔覀儓?jiān)信，一到兩年以后，Google-LLVM的生態(tài)鏈一定會(huì)很好?！?br />
除了移動(dòng)，中微電還關(guān)注一些跟生態(tài)鏈關(guān)聯(lián)不是很大的行業(yè)，可能就用Linux的，例如無線服務(wù)器、路由器，特點(diǎn)是處理器要用到多任務(wù)。

              圖4 IC2——四核-16線程

與大企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，需要穩(wěn)扎穩(wěn)打
如果把時(shí)光倒退十年，MIPS肯定比ARM強(qiáng)，我們不要看一家企業(yè)今天如何強(qiáng)大。任何企業(yè)都有一個(gè)發(fā)展過程。如果用過程的觀點(diǎn)來看待一家企業(yè)，“我們認(rèn)為最重要的是技術(shù)，是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手沒有的技術(shù)架構(gòu)?！币虼?，中微電正在積蓄力量，等待用“中國芯”突破。

參考文章：
[1]第一個(gè)基于65納米的SOC產(chǎn)品IC1流片了.(2011-3-29).http://icubecorp.com/zh/2011/03/icube-corporation-today-reached-a-milestone/

照片 “深圳集成電路創(chuàng)新應(yīng)用展”的中微電展位：不太起眼，但“山不在高”，中微電的UPU很不俗

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