连英特尔都不得不使用，ARM GPU到底有何魔力？
随着智能手机平板电脑进入视网膜屏高清时代，gpu的重要性日益凸显，用户在使用这些电子设备时，首先关注的是高清视频、3d游戏以及flash动画的体验，而这些体验和gpu性能有直接联系，一款性能出色的gpu不但可以给用户以最佳体验，更兼顾低功耗特性，在cpu核战已无悬念的情况下，未来gpu将如何发展？近日，笔者采访了arm公司媒体处理部门战略营销副总裁kevin smith，就arm gpu未来发展进行了交流，归纳为arm gpu的三个发展趋势。
kevin smith
趋势一：关注可扩展性，gpu核战爆发在即
在pc领域，曾经爆发过有关cpu与gpu谁更重要的口水大战，现在看来，两者都重要，因为它们架构不同、侧重不同，cpu和gpu都是具有高速运算能力的芯片，cpu更像“通才”——指令运算+数值运算，gpu更像“专才”——图形计算，不同类型的运算速度决定了它们的能力。因此cpu更擅长像操作系统、系统软件和通用应用程序这类拥有复杂指令调度、循环、分支、逻辑判断的程序任务，而gpu则擅长图形类和非图形类的高度并行数值计算。因此，在一部手机或者平板中，两者需要均衡搭配才能发挥出最大效能。
到目前为止，arm共发布了人mali100、mali300、mali400、mali450和mali t600等五个系列的gpu，在malit600以后，arm gpu在结构上发上了很大改变，以桌面应用看齐，在性能上有很大提升。
mali400结构功能图
mali-t604功能图
kevin smith介绍说实际上在发布t600系列时，arm已经考虑到了与未来64位处理器的兼容问题，所以mali-t600的第二代支持64位双精度，可以与arm最新的a50系列64位处理器紧密关联。“另外，t600系列采用了这色器内核架构和三管道体系，更容易实现多核，这比其他架构gpu更有优势。” kevin smith强调。“未来arm会重点优化t600系列产品，例如我们最新发布的t624t628t678就比t604在同等裸片面积性能提升 50%！”
他解释说性能的提升源自对架构的增强，例如这三款系列gpu可在同样的内核面积下提供更高的时钟频率、更高的ipc（每时钟周期指令数）、更高的能效，所以每个型号的性能都可以提升50％。
另外，这三款gpu也首次次支持astc（适应性可扩展纹理压缩）：这是一种由arm开发、khronos group已将其纳入opengl es规范的纹理压缩技术，能在系统级别提高效率，并改进纹理质量和弹性，“而且，arm gpu也是率先支持opengl es 3.0版新标准的处理器。”他指出，“我们的gpu支持opengl full profile的gpu计算，不但支持opengl es 1.1/2.0/3.0、dx 11/11 fl 9_3，此外还支持google renderscript计算语言。实际上已经向桌面应用看齐。也向gpgpu更迈进了一步。当然，这也是增强兼容性的举措，我们的策略是就是支持公开的各类标准和api。”
mali-t678功能框图
由于gpu的并行架构更适合实现多核，因此为未来多核gpu将是一大亮点，kevin表示依托arm的独特优势，未来不管是16核还是24核均可以轻易实现。
arm gpu的，扩展性示意图
在我采访imagination时，他们也勾勒了一幅未来处理器发展的蓝图，显然，多核gpu是亮点。
未来处理器发展的蓝图
那么2013年，主流的gpu产品将是多是核心？kevin认为8核gpu会出现但将是高端市场，主流市场仍将是四核为主，不过他认为明年市场上gpu跨度较大，从单核到双核到四核到8核都有出现，满足市场从低到高的需求。
近日，谷歌nexus 10平板电脑已经面市，该机采用一块10英寸屏幕，分辨率高达2560×1600像素，像素密度为300ppi，超过了ipad4和新 ipad，它采用了1.7ghz主频的三星exynos 5250双核处理器，配备2gb ram，集成mali t604四核gpu，kevin强调这样高端机型足以说明arm gpu可以支持高端应用。
在gpu的发展策略上，kevin介绍说arm会坚持以较小的面积实现更高的性能，即坚持高能效的策略，同时，会考虑高性能方向，向桌面gpu看齐。
以下是各类gpu的功耗对比，可以看出，arm gpu在单位功耗方面的性能突出，能达到每瓦48gflops的特性，原高于桌面gpu的能效。
趋势二：关注一致性，与cpu融合
在pc处理器领域，amd以融合cpu和gpu的apu开创了新的pc处理器领域，在移动处理器领域，这个趋势仍将延续，从近日 imagination对mips的收购已经显现端倪。kevin也认同这个趋势，“arm的gpu不但注重图形处理更看重通用计算，未来cpu与gpu 要走融合的道路，所以arm在布局gpu时就考虑与未来cpu的搭配，比如我们的gpu是支持64位处理器的，所以未来处理器升级到64位我们都可以支持。”他指出，“arm考虑到是让用户用最快的方式实现低功耗高性能处理器，未来融合cpu与gpu的soc内部会采用arm的amba总线。”
实际上，在arm的的mali-t600 系列 gpu 内的有个作业管理器，它可以任务管理从 cpu 卸载到 gpu，并在活动着色器内核之间实现无缝负载平衡。这个功能估计已经为未来的cpu与gpu融合埋下了伏笔，通过 arm 的一致性和互连技术，计算任务在异类系统中进行共享处理时，可以轻松跨越 cpu、gpu 和其他可用计算资源，更高效地访问数据。
他强调arm gpu还关注通用计算，因此，未来也将压缩dsp市场，ceva是否感受到了压力？
从支持64位处理里来看，未来采用融合cpu与gpu的处理器将是a50系列处理器，按照某些芯片厂商的估计，预计2014年此类芯片可以面市。
趋势三：工艺升级，2014年arm处理器采用finfet技术？
很多人认为arm处理器在传统工艺上的升级空间已经不大，在英特尔大张旗鼓地宣传3d晶体管技术的时候，arm 其实也也已经开始了下一代工艺技术的研发，kevin透露arm的pip（物理ip）部门早与tsmc以及global foundries合作开始了下一代工艺finfet晶体管工艺技术的研发，这是前所未有的，预计新的工艺技术将在tsmc的16nm工艺 和global foundries上的14nm上实现，而新工艺可能会用于arm下一代64位处理器上。
在具体产品发展上，在arm公布了最新的a50系列处理器后，已经有amd、博通（broadcom）、calxeda、海思半导体、三星及意法半导体等七家公司获得a53与a57处理器授权，其中，ste声称将在2014年出货a53处理器，这是否意味着2014年arm处理器将采用finfet 工艺技术？
在今年1月召开的2012国际电子器件会议（iedm）上，tsmc已经展示有关finfet晶体管工艺技术，台积电将提供的16nm工艺金属布线部分直接沿袭20nm工艺，将晶体管部分换成16nm工艺的finfet。与20nm工艺相比，可使晶体管的工作速度提高20%～25%，使耗电量降低 35%。由于金属布线部分在20nm工艺和16nm工艺间通用，因此两工艺的芯片面积相同。与intel的工艺不同，台积电的finfet晶体管掺入了锗材料。
tsmc展示有关finfet晶体管工艺技术
以下为采用主要gpu的处理器性能对比
MAX2371中频AGC放大器，频率为220MHz
车用、医疗半导体需求强劲 MCU/模拟芯片大利多
基于TS-900的PXI半导体测试系统解决方案
闪烁灯电路分析：LED即使在不闪的情况下也会微亮
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2019年全球穿戴式装置出货量达2.25亿台, 相关PCB供应链有望从中受惠
低电压高效率的微波功率放大器
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Wear OS 4即将问世 电池寿命更长
TK5110线缆对线器的作用是什么
Bowler Pons部署Cepton的智能激光雷达解决方案
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【解决方案】安科瑞电力监控系统在江苏恒艾营养品20KV变电所工程的设计与应用
电信系统构成有哪些?
如何将非Matter设备桥接到Matter网络
kevin smith
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在pc领域，曾经爆发过有关cpu与gpu谁更重要的口水大战，现在看来，两者都重要，因为它们架构不同、侧重不同，cpu和gpu都是具有高速运算能力的芯片，cpu更像“通才”——指令运算+数值运算，gpu更像“专才”——图形计算，不同类型的运算速度决定了它们的能力。因此cpu更擅长像操作系统、系统软件和通用应用程序这类拥有复杂指令调度、循环、分支、逻辑判断的程序任务，而gpu则擅长图形类和非图形类的高度并行数值计算。因此，在一部手机或者平板中，两者需要均衡搭配才能发挥出最大效能。
到目前为止，arm共发布了人mali100、mali300、mali400、mali450和mali t600等五个系列的gpu，在malit600以后，arm gpu在结构上发上了很大改变，以桌面应用看齐，在性能上有很大提升。
mali400结构功能图
mali-t604功能图
kevin smith介绍说实际上在发布t600系列时，arm已经考虑到了与未来64位处理器的兼容问题，所以mali-t600的第二代支持64位双精度，可以与arm最新的a50系列64位处理器紧密关联。“另外，t600系列采用了这色器内核架构和三管道体系，更容易实现多核，这比其他架构gpu更有优势。” kevin smith强调。“未来arm会重点优化t600系列产品，例如我们最新发布的t624t628t678就比t604在同等裸片面积性能提升 50%！”
他解释说性能的提升源自对架构的增强，例如这三款系列gpu可在同样的内核面积下提供更高的时钟频率、更高的ipc（每时钟周期指令数）、更高的能效，所以每个型号的性能都可以提升50％。
另外，这三款gpu也首次次支持astc（适应性可扩展纹理压缩）：这是一种由arm开发、khronos group已将其纳入opengl es规范的纹理压缩技术，能在系统级别提高效率，并改进纹理质量和弹性，“而且，arm gpu也是率先支持opengl es 3.0版新标准的处理器。”他指出，“我们的gpu支持opengl full profile的gpu计算，不但支持opengl es 1.1/2.0/3.0、dx 11/11 fl 9_3，此外还支持google renderscript计算语言。实际上已经向桌面应用看齐。也向gpgpu更迈进了一步。当然，这也是增强兼容性的举措，我们的策略是就是支持公开的各类标准和api。”
mali-t678功能框图
由于gpu的并行架构更适合实现多核，因此为未来多核gpu将是一大亮点，kevin表示依托arm的独特优势，未来不管是16核还是24核均可以轻易实现。
arm gpu的，扩展性示意图
在我采访imagination时，他们也勾勒了一幅未来处理器发展的蓝图，显然，多核gpu是亮点。
未来处理器发展的蓝图
那么2013年，主流的gpu产品将是多是核心？kevin认为8核gpu会出现但将是高端市场，主流市场仍将是四核为主，不过他认为明年市场上gpu跨度较大，从单核到双核到四核到8核都有出现，满足市场从低到高的需求。
近日，谷歌nexus 10平板电脑已经面市，该机采用一块10英寸屏幕，分辨率高达2560×1600像素，像素密度为300ppi，超过了ipad4和新 ipad，它采用了1.7ghz主频的三星exynos 5250双核处理器，配备2gb ram，集成mali t604四核gpu，kevin强调这样高端机型足以说明arm gpu可以支持高端应用。
在gpu的发展策略上，kevin介绍说arm会坚持以较小的面积实现更高的性能，即坚持高能效的策略，同时，会考虑高性能方向，向桌面gpu看齐。
以下是各类gpu的功耗对比，可以看出，arm gpu在单位功耗方面的性能突出，能达到每瓦48gflops的特性，原高于桌面gpu的能效。
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在pc处理器领域，amd以融合cpu和gpu的apu开创了新的pc处理器领域，在移动处理器领域，这个趋势仍将延续，从近日 imagination对mips的收购已经显现端倪。kevin也认同这个趋势，“arm的gpu不但注重图形处理更看重通用计算，未来cpu与gpu 要走融合的道路，所以arm在布局gpu时就考虑与未来cpu的搭配，比如我们的gpu是支持64位处理器的，所以未来处理器升级到64位我们都可以支持。”他指出，“arm考虑到是让用户用最快的方式实现低功耗高性能处理器，未来融合cpu与gpu的soc内部会采用arm的amba总线。”
实际上，在arm的的mali-t600 系列 gpu 内的有个作业管理器，它可以任务管理从 cpu 卸载到 gpu，并在活动着色器内核之间实现无缝负载平衡。这个功能估计已经为未来的cpu与gpu融合埋下了伏笔，通过 arm 的一致性和互连技术，计算任务在异类系统中进行共享处理时，可以轻松跨越 cpu、gpu 和其他可用计算资源，更高效地访问数据。
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