Imagination第二代神经网络加速器和第九代GPU推出，AI应用如何影响芯片设计？

去年，Imagination失去最大客户苹果引发业界巨大的关注，最终Imagination被Canyon Bridge收购成为了一家中资公司。雷锋网消息，Imagination被收购之后财务非常稳健，并且越来越重视中国市场。12月4日，Imagination在深圳发布了最新的的神经网络加速器（NNA）架构PowerVR Series3NX和第九代GPU系列新品PowerVR 9XEP、 9XMP和9XTP。

神经网络加速器提升PPA同时注重灵活性

最新推出的PowerVR 3NX系列基于前代产品，Imagination Technologies视觉和人工智能产品管理高级总监Neal Forse表示：“PowerVR 3NX系列基于我们屡获殊荣的2NX系列产品，相比2NX系列，3NX系列实现了芯片面积40%、性能效率近60%的提升，同时降低了35%的带宽需求，可以满足汽车、移动设备、物联网等嵌入式设备市场的需求。”

Imagination Technologies视觉和人工智能产品管理高级总监Neal Forse

Neal强调， 3NX系列在2NX系列之所以有明显的提升，是因为Imagination进行了多方面的改进和创新。但对于具体做了哪些改进和创新的问题，Neal对雷锋网表示更多细节不方便透露。

因此，我们只能从3NX系列提升了解Imagination的新品。相比2NX系列AX2145 1Tops和AX2185 4.1Tops的运算性能，3NX系列的两个同级别新核AX3145和AX3385的性能分别是1.2TOPS、 5TOPS，还有三个新核AX3125、AX3365、AX3595，对应的性能为0.6TOPS、2.4TOP、10TOPS。Imagination此次还推出了多核产品，性能从20TOPS到160TOPS不等。

还有值得一提的是，除了性能覆盖0.6TOPS到160TOPS满足应用的多样性需求，PowerVR 3NX-F（Flexible）可以提供更多的灵活性。之所以要推出这个架构，Neal表示有两方面的原因，一方面是可以让芯片设计公司在单核上做差异化，利用IP核构建神经网络加速器，而不需要把第三方GPU整合在一起，差异化对激烈的市场竞争而言非常关键；另一方面是神经网络行业正在快速发展，新技术、新框架需要可编程性和扩展性更强的SoC。

除此之外，3NX在安全性方面也有提升。同时，为迎合快速发展的市场，Imagination新的PowerVR工具也进行了多项扩展，为的是更好地映射新兴的网络模型、提供灵活性和性能优化的理想组合。

那么，满足AI需求硬件还是软件更加重要？Neal认为软件和硬件同等重要，硬件的异构可以实现更高效率，但缺少软件也没有意义。异构架构是Imagination拥抱AI的策略，软件方面Imagination的SDK里有Open API，塔建在Open CL之，C++语言就可以在异构的IP中运行，降低用户使用复杂性的同时最大化灵活性。

据雷锋网了解，Imagination的第一代神经网络加速器产品2NX系列已经授权的用户主要集中在移动设备和汽车市场，并且有两家中国的手机厂商也使用了2NX神经网络加速器。3NX除了移动和汽车两大市场之外，智能相机监控、消费电子（尤其是数字电视）、低功耗IoT智能设备都是关键市场。

另外，Imagination Technologies副总裁兼中国区总经理刘国军表示：“国内包括监控、手机、物联网领域的公司都在评估我们的神经网络加速器。我们也在发展中国的生态系统，与手机厂商、OEM厂商直接一起工作，了解他们要做的AI应用，我们设计出更合适的AI的处理器去满足，我们从早期就介入。”

Imagination Technologies副总裁兼中国区总经理刘国军

这就意味着，AI的发展需要软件和硬件更好地结合，Imagination与手机和OEM厂商的紧密协作AI应用已经开始影响AI芯片的架构设计，性能、功耗、芯片面积、灵活性都是AI芯片的关键特性。

第九代PowerVR GPU带宽和内存占用率至少节省50%

AI芯片市场的竞争格局未定，在移动GPU领域Imagination具备领先优势，PowerVR GPU的持续迭代是其保持竞争优势和拓展市场的关键。Imagination Technologies PowerVR图形处理商务运营副总裁Graham Deacon指出，如今手机游戏市场的改变以及特殊的应用需求让GPU朝着成本更低，性能更高、更多灵活性以及更小芯片面积的方向发展。为了应对市场的趋势，Imagination的第九代PowerVR GPU新品包含 9XEP、 9XMP和9XTP，满足从低端到高端市场的需求。

Imagination Technologies PowerVR图形处理商务运营副总裁Graham Deacon

据介绍，XEP主要关注GUI，也就是图像界面，包括休闲游戏、填充力密度，最小面积上提供最高的填充率。9XEP可以实现每个时钟周期1-8个像素，14-64个FP32 OPS的性能，主要面向数字电视和低端手机市场。9XMP可以在最低的面积有最佳的计算能力，性能为每个时钟周期4-8个像素，128-256 FP32 Ops，主要是瞄准中端手机市场和低端汽车市场。9XTP是旗舰型产品，在密度、功率、效率方面都有提升，并且架构也是可伸缩的，性能可以达到每时钟周期8个像素，192FP32 Ops，甚至超更高。

另据了解，9XEP和9XMP都基于Rogue架构，这个架构已经非常成熟，不过9XEP架构进行了微调，9XMP将每个集群的ALU扩展了2倍，位宽从16位扩展到32位，目的都是提高性能。9XTP则是基于Furian架构，该架构由Rogue演变而来。Graham Deacon表示，虽然Furian架构还不够成熟，但这也意味着我们还有很多机会进行改进，也能让这个架构更具灵活性。

虽然架构有所不同，但相同的是新GPU都采用PVRIC4技术，PVRIC4是Imagination图像压缩技术的最新一代，可实现随机访问视觉无损图像压缩，确保带宽和内存占用率至少节省50％，并使系统能够去克服性能带宽限制。与Imagination的上一代GPU相比，新的GPU系列还提供性能/功耗/面积和时序优化，以及包括可降低合成的工作负载带宽和成本的全新alpha缓冲/单元模块提示等在内的新功能。

从Graham Deacon展示的图中可以看到，借助9XMP可以提升图像的质量，让游戏中的图像细节更加真实，不过对比三款新GPU的显示效果，其显示的图像细节和效果也有着容易分辨的差别。

还需指出的是，PowerVR GPU利用了一项被称为分块延迟的渲染（TBDR）技术，TBDR保证了几乎所有的图形处理都在“芯片上”完成，并将存储带宽的需求降至最低。基于多方面的优势，过去的25年PowerVR GPU已经支持了最受欢迎的游戏和街机系统，并推动了移动设备的图像革命。如今PowerVR GPU已经在汽车虚拟仪表、娱乐系统中占有非常高的市场份额，手机、数字电视也将继续是PowerVR GPU的重要市场。

还有，新的GPU可以与PowerVR Series3NX神经网络加速器配对使用。刘国军也表示：“中国许多做汽车电子的公司以前在后装市场，现在他们想要进入前装市场，产品就需要满足车规的要求。因此，我们会与芯片设计公司和Tier1合作，把我们的GPU和神经网络加速器都放到车规的生态里，共同满足汽车市场的需求。”

雷锋网在采访中还了解到，Imagination可能会宣布推出面向AI训练的GPU。对于目前比较火热RISC-V架构的支持，Imagination的态度是作为GPU IP的提供商会支持不同的CPU架构，目前他们的客户有两家都在使用RISC-V。

雷锋网 (公众号：雷锋网) 小结

作为IP提供商，Imagination关注的是提供基础框架，并能够实现最优化的功耗和性能满足芯片设计公司和应用的需求。作为以技术见长的公司，Imagination并没有因为失去大客户而一直摇摆不定，在被中资收购后以及资本的支持下保持着产品的更新。如今PowerVR GPU已经在汽车市场取得了不错的成绩，手机市场也能让其客户与高通竞争。

至于神经网络加速器，正如刘国军所说，每家厂商的起点不一样，大家也是传承自己的技术推出神经网络加速器。虽然手机厂商也都纷纷自主研发NPU，有可能是在用第一代产品去市场试水发现优缺点，未来为更好满足AI应用的需求，具备更好性能和功耗指标的AI芯片必不可少，也可能使用第三方的IP。

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