Imagination：SoC IP技術(shù)賦能未來(lái)硬核科技創(chuàng)新

在龐大的半導(dǎo)體細(xì)分產(chǎn)業(yè)鏈中，IP是其中最特殊的一環(huán)。正是借助眾多的IP，才讓半導(dǎo)體發(fā)展的步伐如此之快。IP是整個(gè)半導(dǎo)體上游產(chǎn)業(yè)鏈里面的核心，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，每一元芯片能撐起200多元的社會(huì)經(jīng)濟(jì)，而每一元的IP，能支持20000元的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，所以IP公司的存在是必要的。

隨著芯片復(fù)雜度不斷提升，特別是芯片進(jìn)入SoC時(shí)代使得系統(tǒng)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)技術(shù)要求越來(lái)越高，對(duì)一些中小型公司、創(chuàng)業(yè)公司來(lái)說(shuō)，他們需要在成長(zhǎng)過(guò)程中專注核心領(lǐng)域，沒(méi)辦法提供整個(gè)SoC完整的技術(shù)，所以它需要IP公司的支持，IP公司能協(xié)助它，讓它突出優(yōu)勢(shì)，協(xié)助他們完成SoC。在EEVIA第十屆年度中國(guó)硬科技媒體論壇暨2022產(chǎn)業(yè)鏈研創(chuàng)趨勢(shì)展望研討會(huì)上，Imagination產(chǎn)品市場(chǎng)高級(jí)經(jīng)理黃音就詳細(xì)分享了“SoC IP技術(shù)如何賦能未來(lái)硬核科技創(chuàng)新”相關(guān)的技術(shù)內(nèi)容。

Imagination作為一家以前主要為嵌入式例如手機(jī)領(lǐng)域提供處理器IP的企業(yè)，創(chuàng)新的焦點(diǎn)一是性能，二是功耗以及它們之間的平衡。面對(duì)國(guó)內(nèi)內(nèi)需市場(chǎng)的趨勢(shì)發(fā)展（臺(tái)式機(jī)，服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心等國(guó)內(nèi)GPU的需求不斷增加），首先是開(kāi)始從小核往大核走，往大規(guī)模處理能力方向擴(kuò)展；第二個(gè)市場(chǎng)需求在于功耗，功耗的重要性在每一個(gè)領(lǐng)域都有；第三是帶寬，帶寬是芯片產(chǎn)品不可逾越的坎兒，在芯片設(shè)計(jì)中帶寬越高功耗也會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)；第四是安全性，手機(jī)芯片、服務(wù)器、都需要安全措施去保障數(shù)據(jù)不被泄露。

   針對(duì)這些市場(chǎng)趨勢(shì)，Imagination作為一個(gè)IP核的供應(yīng)商，需要思考怎么在技術(shù)層面進(jìn)行創(chuàng)新。

    第一方面，靈活性和可擴(kuò)展性。確保IP的可擴(kuò)展性，Imagination還有低耦合多核技術(shù)，它不像一般的SoC需要有中心的核去控制其它核的工作，我們這里是低耦合技術(shù)，每個(gè)核有相同等級(jí)的權(quán)重和功能，所以我們的信號(hào)不需要一定經(jīng)過(guò)中心的核，這樣可以節(jié)省能耗和帶寬。分塊延遲渲染（TBDR）技術(shù)也是Imagination最早提出的技術(shù)，是GPU里核心的技術(shù)，分塊技術(shù)能把負(fù)載在高性能GPU上高效分布?，F(xiàn)在業(yè)內(nèi)的SoC芯片大多數(shù)都采用的是硬件壓縮技術(shù)，那Imagination的GPU IMGIC硬件壓縮技術(shù)特點(diǎn)是什么呢？Imagination提供了多達(dá)四種壓縮等級(jí)：從像素完全無(wú)損模式，到可確保 4:1 或更佳壓縮率的帶寬極省模式。也就是除了無(wú)損壓縮之外，我們還能做有損壓縮，例如25%的有損、50%的有損、75%的有損，而且有損壓縮之后，肉眼看起來(lái)跟原圖沒(méi)有太大的差別。此外我們的壓縮能節(jié)省大概20%到40%的帶寬。

Imagination是第一家實(shí)現(xiàn)GPU硬件虛擬化IP授權(quán)的公司，硬件虛擬化有3個(gè)好處，第一節(jié)省硬件成本，通過(guò)硬件虛擬化技術(shù)，用戶可以用單個(gè)GPU核最多支持8路虛擬OS，提高硬件利用率，這意味著用戶只需要幾分之一的硅片面積，即可滿足原有多個(gè)汽車(chē)OS的功能和性能需求。也就是實(shí)現(xiàn)一芯多屏。第二，更低的軟件成本。每個(gè)汽車(chē)OS都具有完整的驅(qū)動(dòng)程序，并且可以以獨(dú)立和并發(fā)的方式直接向GPU底層硬件提交任務(wù)。這大大減少了CPU控制調(diào)度的程序開(kāi)銷(xiāo)，以及軟件移植和維護(hù)的工作量。第三是安全性和健壯性。硬件虛擬化可在不同的汽車(chē)OS及其相對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序之間,提供安全隔離。非關(guān)鍵OS的應(yīng)用程序的失效絕對(duì)不會(huì)影響到關(guān)鍵OS。除了隔離，還支持對(duì)多個(gè)汽車(chē)OS和應(yīng)用之間，靈活地調(diào)整業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)和分配GPU性能。我們這一項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在廣泛應(yīng)用于眾多車(chē)型中。

    基于固件的GPU，這是Imagination首創(chuàng)的，在GPU里面有一個(gè)小的固件的核，這個(gè)核存放了固件，它的主要作用首先可以做很多本地的事務(wù)，同時(shí)Offload host CPU部分的工作，減少Host CPU的負(fù)載；其次在GPU出錯(cuò)的時(shí)候，它能夠采集全部的數(shù)據(jù)日志，并做一些錯(cuò)誤分析；此外它還能進(jìn)行一些Debug工作，因?yàn)槲覀冇蠫DB的口，可以連接到GPU的寄存器；另外基于固件的核還能通過(guò)GPIO，做一些用戶需要的自定義業(yè)務(wù)。例如，連接外部的攝像頭、AI或壓縮解壓縮的設(shè)備，進(jìn)行功耗的控制。

回頭看看過(guò)去的50年，是算法和算力的50年。計(jì)算的創(chuàng)新和演進(jìn)除了可擴(kuò)展性和靈活性之外，第二點(diǎn)是效能、效率，第三點(diǎn)就是它的可編程性。在軟件上，Imagination有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的一些API工具，支持不同的語(yǔ)言，支持不同的API，Imagination能夠有一些可視的工具，還有一些Debug的設(shè)備，而且可以去做一些建模，能夠針對(duì)不同的AI應(yīng)用場(chǎng)景需求，來(lái)做不同的部署和計(jì)算。

因?yàn)閿?shù)據(jù)大爆發(fā)和AI計(jì)算的需求，SoC芯片公司追求更高性能、更低功耗、更節(jié)省帶寬。在SoC的整體設(shè)計(jì)上，需要采用異構(gòu)解決方案。異構(gòu)需要把不同類(lèi)型的核進(jìn)行集成，像CPU、GPU、NPU、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速單元等進(jìn)行疊加，進(jìn)行專業(yè)分工和更先進(jìn)的處理，在服務(wù)器、自動(dòng)駕駛的汽車(chē)、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者機(jī)器學(xué)習(xí)、人臉識(shí)別上，還有非常多的應(yīng)用上，比如之前有一些行業(yè)伙伴，有些應(yīng)用軟件公司，他們應(yīng)用的軟件已經(jīng)達(dá)到了非常可視化、立體的效果，但它的硬件無(wú)法驅(qū)動(dòng)，所以這就是硬件和驅(qū)動(dòng)層面的工作需要去提升。

Imagination在AI領(lǐng)域研發(fā)也有十年的歷史，擁有業(yè)界領(lǐng)先的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器，這是一個(gè)極高效率的純硬件加速器，也是對(duì)GPU計(jì)算的一個(gè)補(bǔ)充，就是有部分的，比如專有的一些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層，直接放到AI上來(lái)做加速。有一些網(wǎng)絡(luò)例如非最大值抑制、典型圖形運(yùn)算，都需要通過(guò)GPU來(lái)做，所以Imagination的GPU和AI是相互做配合的計(jì)算。在軟件方面，面對(duì)多核異構(gòu)，Imagination有自己的IMGDNN中間件，往上能支持各家的運(yùn)算庫(kù)，框架，不同的模型和算子。往下能夠到Imagination的NC-SDK層，這層是異構(gòu)計(jì)算的核心部分，主要支持GPU和NNA的DDK，從而驅(qū)動(dòng)硬件。

      Imagination一直是致力于做高性能的SoC IP核的公司，我們一直追求的就是最佳的PPA, 高性能，低功耗。我們的IP不僅適用于移動(dòng)端，也同樣適用于桌面服務(wù)器等高性能領(lǐng)域，我們跟隨市場(chǎng)，追求可擴(kuò)展性、靈活性，同時(shí)也有非常高的效率。