行動裝置邁向超高解析 GPU風采強壓CPU

作者: 黃耀瑋
2013 年 05 月 21 日

繪圖處理器(GPU)在下世代應用處理器設計的重要性大增。隨著行動裝置邁向大螢幕、2.5K超高解析度,GPU在應用處理器中所扮演的角色已日益突顯,因此包括高通(Qualcomm)、聯發科及安謀國際(ARM)等大廠近來均積極朝四核心、八核心方向邁進,以提升GPU效能,同時也致力推動異質系統架構(HSA)標準,以激發更多GPU應用潛力。
 


ARM多媒體處理部事業開發經理蔡武男提到,消費者對行動裝置影像效能的要求愈來愈嚴格,因而也帶動許多GPU Benchmark跑分程式出爐,藉以評定優劣。





ARM多媒體處理部事業開發經理蔡武男表示,GPU每一核心中內含大量運算單元,此架構天生就是用來執行大量畫素平行處理,所以在行動裝置、PC甚至電視紛紛吹起高解析度設計風潮後,其重要性已逐漸與CPU平起平坐,且近期已躍居應用處理器中占位面積最大的區塊,因而成為晶片商增進產品性能的布局重點。
 



目前GPU技術演進大致分成兩個方向,首先是提升核心數量並導入更多影像演算法,另外則是與CPU協同運作,藉其平行處理優勢分擔部分CPU運算任務,並減輕系統延遲問題。蔡武男指出,自去年底以來,市面上已陸續出現搭載四核心GPU的高階行動裝置,如Google Nexus 10平板裝置等;隨著行動裝置顯示規格、影像應用功能持續升級,導入八核心GPU的聲浪也開始湧現,因此ARM已積極朝八核GPU方案布局。
 



無獨有偶,輝達(NVIDIA)今年亦計畫將Tegra 4處理器內的GPU核心運算單元推升至七十二個,以滿足行動裝置導入高動態範圍(HDR)成像、WebGL三維(3D)畫面呈現等新功能需求;顯而易見,GPU核心擴充的腳步比起CPU有過之而無不及。
 



蔡武男進一步分析,GPU的平行處理架構在繪圖、畫素處理方面的表現大幅優於CPU,加上GPU占位面積不斷擴大,晶片商遂希望將更多工作由CPU轉移至GPU上,以提高應用處理器SoC的利用價值,因此,透過異質運算機制,讓GPU與CPU協同運作的嶄新概念近期在業界已日益受到重視。
 



現階段高通、超微(AMD)、聯發科、Imagination和ARM等大廠已組成HSA基金會,主要目標就是實現GPU、CPU甚至是數位訊號處理器(DSP)之間的分工模式,讓各種運算任務以最短、最省電的方式完成。蔡武男指出,GPU、CPU協同運作將是HSA第一階段的目標,未來將逐步釋出相關規範與參考設計,拉攏更多IC設計業者加入;在異質運算架構具備雛形後,下一步則將延伸至電源管理晶片(PMIC)、快取記憶體(Cache)連接架構等系統層級設計規畫,擴大HSA標準的涵蓋層面。
 



由於GPU功能升級需求殷切,且應用版圖不斷擴張,近2年ARM的GPU矽智財(IP)–Mali的市場滲透率也跟著三級跳,從2011年的五千萬顆出貨量,大幅躍升至2012年1億五千萬顆出貨。蔡武男透露,2012年ARM已在GPU用量最大的行動裝置市場搶下20%的市占率,預估今年的市占表現將明顯超出去年。

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