"协同作战“ CPU+GPU要过好“融合”关

"协同作战“ CPU+GPU要过好“融合”关

       移动互联浪潮席卷全球，不到两年时间，移动设备已经从单核快速跨越到多核时代。然而，CPU性能的提升已不再是用户兴奋点所在，GPU的重要性以及CPU+GPU+DSP“协同作战”才是真正吸引眼球的关键。在应用方面，智能手机、平板电脑和智能电视三大市场已经爆发出强劲的市场需求。有预测指出，到2015年，GPU销售额将达到40亿美元，仅关注CPU核心数量的时代一去不复返了。

“协同”并非易事  CPU+GPU要过好“融合”关

       目前，CPU的核数已经升级到八核，GPU似乎一直隐藏在CPU背后甘当配角，而在CPU “大跃进”的过程中，大肆渲染的“唯核心数量论”已然遭到质疑，而GPU的图显作用, 以及CPU+GPU+DSP“协同作战”的重要性逐渐清晰。

       既然协同作战已经成为必然，这就要求公司同时具备CPU、GPU以及DSP的协同设计能力，而从技术的角度来说，随着CPU和GPU的负荷以及对SoC应用所需的带宽支持需求不断增长，设计方为了终端产品能够真正实现高能效，越来越需要CPU和GPU之间的紧密融合。

       据记者了解，在第一阵营的处理器公司中，几乎没有单一的CPU或GPU公司了，比如ARM、Imagination、高通、AMD、Intel、Nvidia、Apple（目前只设计CPU、但Apple是IMG的第三大股东），都同时拥有CPU和GPU的设计能力。

       ARM Dennis Laudick说：“我们在今年推出全新的Cortex-A12处理器搭配Mali-T622以及最新的Mali-V500，正是由于看到了市场上CPU与GPU结合的趋势。举个例子，在2012年，Cortex-A9与Mali-400（双核或四核架构）的组合几乎成为了数字电视的标配。同样，Cortex-A12与Mali-T622组合的推出，在于我们已经预见到手机市场会关注CPU与GPU的融合。”

       Dennis Laudick还告诉记者，ARM近年来十分关注这一领域。在CPU方面，ARM在2011年推出了big.LITTLE技术，允许在同一系统级芯片（SoC）中搭配不同性能点（performance points）的CPU。这种CPU的搭配能够保证不同的任务运行在合适性能的处理器。当处理低性能需求的任务时，比如音乐播放，仅需要一个低性能的处理器，而关闭其他高性能处理器以减少功耗。相反的，在处理游戏等高性能需求的任务时，高性能处理器将被开启。这种为任务选择合适处理器的技术，使得处理器能够根据性能需求调节功耗。

       当协同使用big.LITTLE技术与GPU计算时，CPU的部分工作负载可以转至GPU中，即CPU以LITTLE（小核）模式运行，而同时GPU以更少功耗、更快速度处理更多的数学运算任务。这一模式成倍地提高了能效。内存带宽的使用是移动设备中最主要的功耗来源之一，因此任何能够降低这一功耗的设计都能够提供巨大的好处。与big.LITTLE和GPU计算共同工作的系统内存设计能够释放性能、降低功耗并促成全面的系统提升。随着时间的推移，CPU与GPU共同设计的重要性将不断突显。

       有受访者告诉记者，CPU和GPU的融合设计趋势是确定的，但具体的技术路线还不非常清晰。AMD牵头的HSA组织目前的工作主要侧重于软件接口上面的融合统一，帮助程序员解决在CPU和GPU两个不同架构上编程模型和调度的难题，在处理器硬件上的整合涉及得非常浅。国内的深圳中微电提出了指令集和硬件上完全融合的统一处理器架构，理念非常先进，但是推广力度和目前的市场接受度有待观察。

       显然，同时拥有CPU和GPU技术已经普遍，但真正实现融合并非易事。Imagination David Harold提出了更远的发展瓶颈，他表示，对于一家公司来说，仅仅停留在CPU+GPU组合的授权模式变得越来越困难。因为，一个典型的移动和嵌入式SoC包括很多其他专门的内核，比如用于WiFi或蓝牙的视频转码引擎（VPU）或无线电通信处理器（RPU），在这一领域，Imagination已经提供可授权IP（分别是PowerVR 和Ensigma）。此外，Imagination开发了已获得认可的云架构，加速那些为高度互联、物联网应用寻找全部解决方案公司的面市时间。

       在笔者看来，一个能够同时提供CPU和GPU的供应商能给他们的合作伙伴带来许多便利。一来，他们能获得硬件和软件间的兼容，鉴于这些产品设计之初就已经做了兼容的处理。二来，他们将获得一个完整的包括了第三方合作伙伴、软件和应用方的生态系统。这也是为什么CPU和GPU架构厂商这几年不断融合CPU和GPU技术的关键因素。