03.07 助力AI和沉浸式顯示推動移動設備演進,Arm在GPU領域不斷自我顛覆

智能設備已經是人們生活的必須品,尤其是智能手機,在我們的生活正發揮著不可替代的作用,支付、交通、通信等各種需求幾乎都與智能手機綁定。從技術層面來講,Arm是移動設備領域絕對的用戶收割機,正如在今年的Arm全球技術發佈會上,Arm資深市場營銷總監Ian Smythe所說的那樣,“世界上絕大部分的智能手機都裝載了Cortex-A的處理器。同時,Arm擁有一個多媒體方面的品牌Mali,而全球GPU出貨量最大的品牌也是Mali。據統計,去年Arm全球的合作伙伴基於Mali的片上系統(SoC)總計出貨達到12億片。”

隨著技術的演進,智能手機的功能越來越全,用戶體驗越來越好,未來會有哪些功能會讓智能手機為用戶帶來更炫的體驗?用戶肯定會想到人工智能。 人工智能在2017年可謂引起了一陣強大的風暴,人們預期其以後幾乎無所不能,針對人工智能的AI芯片廠商更是風起雲湧,受到資本的熱捧。Ian Smythe認為,“在消費領域,機器學習在移動市場的應用其實在引領機器學習的整體應用趨勢,在搜索、翻譯領域起到加速的作用。”Arm委託 IDC針對人工智能應用作了一場調查,結果顯示,“目前市場上90%具有人工智能功能的設備,其實都是基於Arm設計的。”除了人工智能,Ian Smythe表示,“隨著圖形顯示越來越複雜,智能手機和電視都需要支持更加複雜的顯示內容,比如4K高清,因此沉浸式顯示將會是下一代的智能手機演進的推動力。”

Arm的Mali系列處理器就是為各種UI和複雜內容顯示推出的,目前在市場上針對高中低端應用推出了一系列產品,並得到了廣泛的應用。

助力AI和沉浸式顯示推動移動設備演進,Arm在GPU領域不斷自我顛覆

現在,為了提供滿足新一代體驗需求的創新解決方案,Arm推出包含全新的視頻、顯示和圖像處理器的Mali多媒體套件。新的IP套件可與現有基於DynamIQ的CPU和其他Arm IP無縫集成,從而全面實現Arm新一代針對主流移動設備和數字電視(DTV)的解決方案。

Mali-G52 GPU:讓主流設備實現高級功能

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從參數對比可以看出,Mali-G52 GPU比Mali-G51 GPU性能密度提高30%:Mali-G52採用更寬的執行引擎,相比前代產品的4線程,Mali-G52最多可提供8線程,可在相同芯片面積上,提供更高的圖形性能;能效提高15%,可降低設備的功耗和散熱,並支持更長的遊戲時間,甚至可支持AR等高耗電技術;機器學習性能為上一代產品的3.6倍,確保所有級別的設備都可支持下一代機器學習應用。

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為了更好地支持機器學習,Arm增加了一些指令,這些指令是英特爾所支持的。如圖所示,讓G51和G52相比較,無論是在ImageNet classifiers,還是現代更流行的是Yolo network卷積層的性能上,G52在機器學習性能方面比G51有極大的提升。

Mali-G31 GPU:在最小芯片面積上提供卓越的用戶體驗

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·第一款基於創新Bifrost架構的超高效GPU (Ultra-Efficient GPU)

·Arm最小的處理器,支持OpenGL ES 3.2和最新一代Vulkan API,開發人員可將其應用於數百萬設備上

·較上一代採用Bifrost架構的G51尺寸縮小20%,性能密度提升20%,在減少芯片面積的同時顯著提升能效

Arm產品營銷總監 Anand Patel解釋,“Mali-G31是G30系列處理器中的首款GPU。它是把Bifrost的架構引入了入門級的手機以及數字電視的領域,從而能夠讓它們具備更好的人機界面,也獲得了主流設備的性能。同時,支持非常流行的高性能API,如OpenGL ES3.2和Vulkan,讓入門級的設備以極低的成本具有高性能的API。而且,G31具有可配置性。在執行引擎方面,用戶可以是選擇一個或者是兩個,顯示時鐘也可以配置每個是一個像素還是兩個像素。”

Arm在視頻顯示領域再推Mali-D51和Mali-V52

關於高性能視頻顯示我們不得不追溯一下Arm的顯示技術,如下圖橙色部分所示,Arm的顯示技術由三個組件來組成:Mali-D51、Assertive Display5、CoreLink MMU-600。Arm資深產品經理 Vassilis Androutsopoulos介紹,“這個顯示解決方案把GPU所負責的圖形層和視頻負責的視頻層兩者整合在一起去放到顯示上。除此之外,我們Arm的顯示解決方案還實現了GPU部分的功能,比如說合成、擴展、旋轉以及gamma、dgamma、HDR的功能。”

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Arm的顯示技術

為了更好地去節約功耗,還有實現實時的功能,系統調用的是單一的線程的內存,同時也使用了Arm Frame Buffer的技術。去年11月,Arm發佈了Komeda的架構,同時發佈了Mali-D71的產品,現在又添加了Mali-D51。對比D71,D51在硅面積上有所縮小,但是在複雜的內容呈現方面的能力是優於D71的。為了實現更好的內存延時,Arm結合了CoreLink MMU-600的技術,同時在所有層都是融合了AFBC1.2的支持,同時還加入了內部的TBUs,這意味著用戶做轉換的時候,不會對總線帶來更長的延時。同時能夠很好地把在Android操作系統之上的UI層所生成的SDR和HDR組合在一起,也就是說不管平板顯示支持HDR,還是支持SDR,都能夠呈現混合的HDR的效果。

比如,一個HDR10畫面,是和由GPU生成的播放條混合在一起。其中D51負責做格式轉化,在圖形層是SDR的,在視頻層是HDR的。D51把兩者進行色彩和Gamma的轉化。也就是這些由D51合成、混合之後,發送給Assertive Display5,而Assertive Display5針對最終的平板顯示的特點,比如說亮度或者說色調來進行適配。這樣對主流的顯示器而言,能夠保持原始的藝術家在設計時候的HDR的畫面感。

新推出的D51和V52具有更高的性能,如下:

Mali-D51:Arm旗下最高效的顯示處理器

·與上一代相比,整個系統節能30%

·場景複雜度加倍,與Mali-D71一樣支持8層圖像處理能力

·在無縫、高效內容投射方面,內存訪問延遲性能提升50%

Mali-V52視頻處理器:在主流設備上實現高效的4k60 / 4k120內容

·較上一代產品提升20%的上傳質量,提供更清晰、更銳利的視頻畫質

·硅片面積減少38%,確保在各個級別實現令人驚豔的高品質視覺效果

·使所有主流設備的解碼性能提升兩倍,實現4K播放

助力AI和沉浸式顯示推動移動設備演進,Arm在GPU領域不斷自我顛覆

移動設備智能化程度越來越高,因此對GPU的需求量會越來越大,更多廠商希望在這個領域有新的表現,因此競爭異常激烈。Arm準備了全套的解決方案,讓設備廠商有了更豐富的選擇。那麼,GPU設計廠商要思考一下:從哪些方面入手滿足市場不斷升級的需求?Ian Smythe 強調,“我們在設計和生產GPU產品的時候,強調的是在儘可能低的功耗的範圍之內去交付更高可能的性能。它其實是有針對的市場,比如說對於移動設備像DTV數字電視、機頂盒等等。當然也有一些垂直的市場,比如說對於汽車娛樂的系統,可能也會對功耗有要求,我認為這種低功耗高性能的GPU產品是Arm的優勢所在。現在很多芯片系統中,其中很大的一塊麵積是為GPU所佔據的,所以我們在設計GPU的時候非常強調性能密度。”


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