深度解密IMG B系列GPU：多核架构、图像压缩技术、RISC-V技术等
对比A系列，B系列更是顶级设计的理想解决方案
2019年12月，Imagination发布了其截至当时最快的GPU IP A系列，并不再沿用早前以数字为系列代号来命名的传统。A系列发布之时，Imagination便同时表示，2020年、2021年还将会相继有B系列、C系列的新品问世，而且预计每年性能攀升30%。现如今十个月过去了，Imagination如约发布其B系列产品。相比A系列，功耗降低30%，带宽降低35%、面积缩减25%，AI算力达到24 TOPS，且填充率比竞品IP内核高2.5倍，针对给定的性能目标还能实现更低的功耗和高达35％的带宽降低。此外，和A系列相似，B系列GPU也支持AI协同（AI Synergy）技术，在提供图形处理功能的同时，可用其备用资源来处理可编程AI等任务。而对于计划明年发布的下一代IMG C系列，Imagination提前透露称，最大亮点就是加入对光线追踪的支持，这在移动设备上还是第一次！
Imagination首席执行官Simon Beresford-Wylie表示：“IMG B系列建立在大量投资及A系列技术优势的基础上，同时增加了多核技术，以惊人的33种全新配置扩展了Imagination的GPU产品系列。”Imagination 技术产品管理高级总监Kristof Beets表示：“此次推出的全新系列能取得如此显著的进展，得益于两大创新：多核架构和Imagination图像压缩（IMGIC）技术。我们在多核架构中采用了自己最佳的高性能、低功耗内核，并整合了创新性的分散管理方法，从而可以提供高效的扩展特性，并且可与诸如小芯片（chiplet）架构等行业趋势相兼容。这使我们能够提供以前的GPU IP所不能提供的一系列性能水平和配置。”
IMG B系列
据介绍，该GPU共有IMG BXE、IMG BXM、IMG BXT、IMG BXS四种系列，可以针对特定的市场需求提供专业的内核。
l 面向高清显示应用的IMG BXE：专门针对用户界面（UI）渲染和入门级游戏设计，实现绚丽的高清显示。BXE系列每个时钟周期可以处理1-16个像素，从而可支持从720p到8K的分辨率，相较上一代内核面积缩减多达25%，同时其填充率密度高达竞品的2.5倍。
l 主打图形处理体验的IMG BXM：引入客户可配置的最新缓存设计，性能高效的内核在紧凑的硅面积上实现了填充率和计算能力的最佳平衡。BXM系列是一种中端解决方案，可以为中档移动端游戏以及用于数字电视和其他市场的复杂UI解决方案提供支持。
l 面向高性能应用的IMG BXT：这是B系列旗舰款GPU，是一个四核部件，可以提供6 TFLOPS的性能，每秒可处理192 Gigapixel(十亿像素)，拥有24 TOPS(每秒万亿次计算)的人工智能(AI)算力，同时可提供行业最高的性能密度，可以为从手持设备到数据中心等现实世界的应用提供难以置信的高性能。
l 面向未来汽车的IMG BXS：提供了从入门级到高级的完整产品系列，能将自动驾驶图形处理速度提升至竞品的60%以上，可为下一代人机界面（HMI）、UI显示、信息娱乐系统、数字驾舱、环绕视图提供解决方案，高算力的配置还可支持自动驾驶和辅助驾驶。BXS系列是符合ISO 26262标准的GPU，这使其成为迄今为止所开发的最先进的汽车GPU IP内核。
先进的多核架构
全新的多核架构采用Imagination自研高性能、低功耗内核，并整合了一种创新的分散管理方法，可提供高效的扩展特性，并可与小芯片（chiplet）架构等行业趋势相适。BXE内核提供了主核-次核的扩展模式，这是一种面积优化的解决方案，通过单个GPU内核提供了高性能，同时可以利用其HyperLane（超线程）技术，进行多任务并行处理。BXM和BXT内核的每个产品系列已基于多核架构进行优化，能为单个应用提供最大化的性能，同时利用多个主核的扩展特性可实现GPU内核的多核扩展。每个核既可以独立运行，也可以组合成一个大GPU来协力执行任务。BXS汽车GPU内核也以多核及多个主要管线设计为特色，为汽车应用提供了从小型安全备份内核到高性能计算内核的多种选择，不仅支持性能扩展，还提供了更高的安全优势，可用于检查多个GPU核之间的正确运行。
另据Kristof Beets介绍，采用B系列多核设计的7nm台式机GPU，频率可达到1.5 GHz，可用于客户想要实现的桌面GPU应用；在数据中心，GPU可被灵活的组合或拆分，还能在多实例环境中提供支持，结合其虚拟化功能，能有效支持云游戏、远程桌面等云端应用。例如，芯动科技已将BXT内核集成到其桌面GPU和数据中心GPU芯片上。
最佳的图像压缩技术
消费级市场对带宽开销非常敏感，因此IMG B系列还搭载了其帧缓冲压缩技术的最新版本——IMGIC技术。这是市场上最先进的图像压缩技术，也是节省带宽的新选择。它提供了多达四种压缩等级：从像素完全无损模式，到可确保4:1或更佳压缩率的带宽极省模式。这为SoC设计人员提供了更高的灵活性，以优化性能或降低系统成本，同时保持出色的用户体验。
Kristof Beets介绍说：”IMGIC包含1种完全无损压缩模式和3种有损压缩模式，3种有损压缩模式的压缩率分别为75%（质量接近完美）、50%（视觉无损）、25%（最节省带宽）；带宽可分别降至6GB/s、4GB/s、2GB/s。此外，IMGIC技术可以兼容B系列中的所有内核，即便是最小的工业级IoT内核，也能够拥有Imagination行业领先的图像压缩技术优势。除此之外，在汽车、数字电视（DTV）、机顶盒（STB）及服务器市场，IMGIC均能通过平衡质量与带宽，提供更好的整体系统体验。“
IMG GPU发展策略
随着5G的普及、人工智能技术的快速发展、自动驾驶的推进，伴之而来的是数据量爆发式增长，可视化需求越来越显著。无论是边缘侧还是云端，都需要大量的图像及相应的高性能图像处理能力。基于此，无论是在AI推理市场、服务器市场、数据中心市场，GPU都呈现出了蓬勃的生机。Imagination在GPU领域历史悠久，在其超过25年的历史中，Imagination先后推出过多代GPU产品，已积累超过1500项GPU专利，在移动GPU领域的市场份额接近36%，在汽车领域更是达到43%。截至目前，带有Imagination IP的芯片产品累计出货量已超过110亿。
汽车市场：首个采用RISC-V的GPU
随着汽车智能化、电子化的推进，自动驾驶已经成为未来汽车发展的主流趋势之一。Imagination非常看好汽车市场，在去年A系列的发布会上就发布了面向汽车应用的IMG AXT-32-1024。此次发布的B系列，Imagination也带来了其面向未来汽车的IMG BXS 系列GPU。据介绍，BXS系列采用了Imagination独创的技术，让其可以验证和确保GPU数据的正常执行和传输。从硬件设计上看，该系列GPU除了带有锁步（lockstep）机制外，X还包括硬件机制，可以在计算和图形处理功能上执行安全关键工作负载的同时实现性能最大化。
BXS提供了一个完整的产品系列，从入门级到高级的产品，可为下一代人机界面（HMI）、UI显示、信息娱乐系统、数字驾舱、环绕视图提供解决方案，再到高计算能力的配置，则可支持自动驾驶和ADAS。Kristof Beets介绍说：“BXS系列是符合ISO 26262标准的GPU，也是迄今为止所开发的最先进的汽车GPU IP内核。此外，Imagination在汽车GPU方面的驱动技术也都是自行研发的，这和行业大多数竞争对手选择与第三方合作的方式有所不同，这进一步帮助客户更好地完成其相关产品的设计”。Imagination首席营销官David Harold表示：“BXS使用了RISC-V固件，这在业内还是首个，通过采用RISC-V，我们也希望在汽车市场发现更多的机会。”
RISC-V是这两年业内常谈的话题。因为其独特的开源特性和成本优势，这个新的指令集架构在全球引起了广泛的兴趣，很多分析人士都认为其可以在AIoT时代大展拳脚。自去年开始，Imagination也与这个生态进行了广泛的合作。去年五月，Imagination加入SiFive的DesignShare生态系统，从而使系统设计人员能够轻松地获取其领先的PowerVR图形处理器（GPU）和神经网络加速器（神经网络加速器，NNA）硅知识产权（IP）内核；今年九月，Imagination更是推出了完整的RISC-V计算机体系结构课程。相信未来，Imagination在RISC-V上，还将会有更多新的产品技术问世。
看好桌面和云端GPU市场
Imagination在移动GPU市场是一个重量级的玩家，其低功耗且具强大性能的PowerVR系列曾在移动GPU IP市场占据霸主地位。不过，Imagination的技术实力和雄心从未止步于移动和汽车市场，桌面和云GPU市场便将会是Imagination未来的重要发力点。
桌面GPU市场Imagination来说，并不是一个新市场，但却会是一个充满无限可能的市场。资料显示，在进入移动市场之前，Imagination曾在PC GPU市场拥有强大的影响力。尤其在3dfx Voodoo系列显卡鼎盛的时代，Imagination就曾有不俗的表现，不过后来在ATI和Nvidia的激烈竞争者没落后，Imagination才将其重点转向移动市场。当前，中美关系紧张，而PC GPU目前的主流供应商AMD、Intel和Nvidia都是美国的，这些GPU提供商未来在中国市场的机会充满着诸多的不确定性，David Harold表示：“中国是世界上最大的半导体市场，但是其需求量的大约85%都是依赖进口。当前，中国正在大力发展半导体产业。这是Imagination与中国之间的完美机遇。”
从综合实力来看，Imagination拥有着其他任何厂商所不具备的优势，在PC GPU这个领域的实力显而易见。Kristof Beets也表示，采用B系列多核设计的7nm桌面GPU，频率可达到1.5 GHz，能帮助客户实现他们想要的桌面GPU应用。至于云端GPU，这是一个不容忽视的新兴市场。随着5G和边缘计算的快速发展，凭借大带宽、高速率和低延时的特性，使得云游戏突破了网络带宽限制，从而大幅度提升了用户体验的稳定性和即时性。5G推出的时机和游戏的趋势相吻合，为了提升消费者的体验，很多厂商就打出了“云游戏”和“云手机”之类的概念。尤其2020年新冠疫情爆发，使得居家时间大幅提高，一定程度上也推动了云游戏的进一步增长。此次发布的B系列中的BXT也支持虚拟化。据了解，在芯动科技(Innosilicon)即将推出的一款高性能4K/8K图形PCI-E Gen4 GPU独立显卡芯片便选择了BXT内核，主要为未来5G云游戏和数据中心应用提供强大的支持。云端GPU，具体而言就是借助云端的算力，提高终端设备的使用体验。这也是Imagination未来市场中非常看重的一个领域。
搭载光线追踪技术的C系列：未来可期
Imagination认为光追是图形领域的最大革命性创新，是过去10年3D图形处理领域最令人兴奋的进展！实时光线追踪可模拟光的物理行为，精确追踪场景中光线的路径，将3D场景渲染地更为逼真、更贴近真实世界。除了NVIDIA外，当前仅有Imagination实现了硬件光线追踪技术。Imagination用近十年时间投入光线追踪技术研究，已形成成熟的移动光线追踪架构，并提供相应IP授权。
近期，Imagination开发了一套从0级到5级的光线追踪等级系统，来帮助业界了解各种解决方案之间的差异。这是继去年年底公布支持光线追踪功能的GPU IP路线图后，Imagination在光线追踪领域公布的又一重要进展，该系统旨在帮助开发人员和原始设备制造商（OEM）清晰了解现在和未来可用的光线追踪加速解决方案的功能。
Level 0：传统解决方案，无光追
Level 1：在传统GPU上通过软件方式支持光追
Level 2：硬件支持光线/盒子、光线/三角形处理
Level 3：硬件支持包围盒层次(BVH)处理
Level 4：硬件支持一致性分类的BVH
Level 5：硬件支持一致性BVH、场景层次生成器(SHG)
Kristof Beets表示，到Level 4才能实现最好的用户体验、更高算力、更低带宽，可实现桌面级高效性能的提升。相比之下，Level 3是当前使用的桌面级光追方案，完整但不够复杂能效一般，Level 2则是移动、主机平台级别的方案，仅支持线性光追，能效低下。IMG C系列将支持Level 4级别的光追，该系统能对光线追踪加速的先进功能进行等级鉴别。有了这一系统，游戏引擎、智能手机厂商等就可以更清晰地了解和比较各种光线追踪实现方式之间的差异，从而最终使消费者能在移动设备上享受到电影级逼真画面。
在此次B系列发布会期间，Imagination正式宣布，Simon Beresford-Wylie将担任公司首席执行官。与苹果分道扬镳后，Imagination 公司经历了很多重大调整，其中公司高层人事更迭频率更是频繁：2016年是Hossein Yassaie博士出任CEO；2018年李力游博士加入Imagination，并出任公司CEO；同年12月，Ron Black接任CEO；2020年10月，Simon Beresford-Wylie成为新一任CEO。对于本次接任Imagination CEO，Simon 表示， Imagination是一家重要且令人振奋的企业，凭借可以改变生活和产业的技术，非常有信心确保Imagination及其合作伙伴继续保持领先。对于Imagination的未来发展，Simon希望可以利用Imagination领先的AI和GPU技术在迅速变化的全球竞争格局中占据有利地位。
Imagination曾为苹果供应图像处理器（GPU），在图像处理器（GPU）领域与高通、ARM三分天下。它在GPU市场大约占据三分之一的份额。现在拥有了中资背景的它将着力于扩大其在中国市场的影响力。在发布会上，David Harold特别强调说：“Imagination的总部在英国，是一家有中资背景的公司。我们的很多技术都是在英国设计的，目前还没有在美国开发过任何一款IP，也不受美国贸易规则的约束。我们在中国的投资是长期的，这是一个非常广泛的计划。Imagination十年前就在开发光线追踪技术，在5G时代它可能具有颠覆性的影响力，现在是一个非常合适的时机将其再次推广出来。”