晶片商在CPU與GPU協同運算技術的研發日益積極。其中,安謀國際(ARM)、超微(AMD)和高通(Qualcomm)已攜手合作,計畫在2013~2014年陸續公布異質系統架構(HSA)標準;至於英特爾(Intel)和輝達(NVIDIA)則採自力研發策略,分別布局CPU/GPU同步轉碼(Transcoding)技術,以及64位元CPU/GPU協同運算處理器,相互較勁的意味濃厚。
拓墣產業研究所半導體中心研究員許漢州表示,GPU占行動處理器整體面積的比重愈來愈大,不僅功耗管理難度增加,如何善用GPU效能更是新的課題;因此,一線晶片大廠近來相繼投入開發CPU、GPU協同運算技術,無論是基於x86或ARM架構的設計均殊途同歸,希望讓GPU處理更多平行運算、影像分析等相關任務,以發揮其應有價值,並進一步提高整體系統性能。
現階段,HSA基金會係推動CPU/GPU協同運算最具代表性的組織,成員包括在行動晶片市場叱吒風雲的ARM、高通、聯發科、Imagination和三星(Samsung),以及積極從PC跨足行動裝置領域的超微。
據悉,該會力拱開放性異質運算標準,近期已揭櫫2013~2014年的標準藍圖,今年首重CPU、GPU架構整合,將發布兩者記憶體位址共用方案;明年則將擴大至系統整合階段,進一步提出核心切換、GPU驅動軟體,甚至是GPU獨立運作的延伸應用技術,可望顯著縮減CPU負擔,以提升處理器每瓦效能表現,讓系統工作效率事半功倍。
許漢州更強調,由於HSA訴求在最短時間內,同時啟動多個運算單元快速處理複雜的邏輯、影像處理工作,須因應瞬間較大峰值電壓及電流的問題,所以相關業者亦正加緊研擬系統電源管理晶片(PMIC)的配套措施,以推進HSA處理器的商用時程。
另一方面,英特爾、NVIDIA也相繼揭露異質晶片運算技術,前者在2013年英特爾開發者論壇(IDF)中已推出新一代CPU/GPU同步轉碼技術,相較於傳統純CPU運算方案,可在提高效能的前提下,大幅降低六倍功耗。英特爾副總裁暨技術長Justin Rattner認為,英特爾同時擁有堅強的CPU和GPU設計實力,因而能獨自推動異質運算方案,尤其在製程技術上維持一定程度的領先,更有助提高相關產品的性能表現。
至於NVIDIA更將CPU/GPU協同運算架構列為未來行動處理器發展重點。許漢州透露,該公司已擬定2014~2015年下兩代Tegra系列行動處理器規格,明年將推出代號為Logan,支援統一運算架構(CUDA)、Open GL 4.3跨平台語言的32位元CPU/CPU協同運算處理器;2015年則將打造代號Parker的處理器,除升級64位元規格外,並將導入鰭式電晶體(FinFET)先進製程。
此外,以往CPU一次只能丟一個工作任務給GPU,無法善用GPU效能,為此,NVIDIA亦已開發出Hyper-Q技術,讓GPU一次可接收三十二個任務,更有效發揮其平行運算能力;同時也考量CPU/GPU頻繁溝通所浪費的時間和功耗,提出動態平行運算(Dynamic Parallelism)架構,讓GPU在本身內部動態中產生新的工作緒,毋須再回到CPU,進而簡化程式設計。
許漢州強調,隨著GPU對系統效能與功耗的影響力激增,行動晶片業者勢將朝CPU/GPU協同運算方向發展,開啟新的技術競爭局面。