剖析Imagination的A-Series GPU新架構：和高通Adreno和Arm Mali比比

本月月初，Imagination Technologies在上海進行了一次宣稱是“15年來最重要的GPU IP發布”。這次發布的GPU IP新品名為A-Series，沒有沿用早前以數字為系列代號的傳統，而且似乎還弱化了PowerVR在產品名中的存在。

這次的產品發布頗令人意外之處在于，實際上Imagination于2017年才宣布推出最新的GPU架構"Furian"——這個架構的正式版本，即PowerVR Series9XT則是到2018年年底才出現的。在Imagination的常規操作中，某個彈性架構實際是可以應用多年的。比如Rogue架構（最著名的產品就是蘋果的A系列SoC）沿用了將近7年時間，Furian才誕生。

所以A-Series的出現，很有Imagination內部“革新”的意味，這不僅體現在性能方面相比前代的飆升，以及架構層面（A-Series產品的架構名稱似乎叫做Albiorix，不過Imagination并沒有在會上提過）和市面已有GPU競品的很大差異，還體現在Imagination PowerVR產品執行副總裁Steve Evans表示明年、后年還會相繼有B-Series、C-Series這樣的新品問世，而且預計每年性能攀升30%——這在現如今的移動GPU行業并不是小數字，一年一步進也不像Imagination往常的風格。

拋開私募基金凱橋收購Imagination之類的問題不談，我們期望通過這篇文章，對A-Series架構層面的部分剖析，來理解Imagination現如今和過去究竟發生了多大的變化，以及嘗試推斷這種變化的原因在哪里。

A-Series的“性能暴漲”

首先還是簡單回顧一下這次發布的新品是什么，以及相比前代和競品，外顯的性能與能效差異如何。按照Evans的說法，A-Series是耗費超過2年時間打磨的——這恰在Furian誕生時間點前后，或許A-Series的內部變革計劃是從那個時間就提上日程的。A-Series GPU IP總共三個系列，分別是AXE、AXM和AXT，簡單說就是低中高端的差別，這和PowerVR過往產品的定位傳統一致。值得一提的是，其中定位小尺寸、低功耗的AXE系列應該是基于前代的Furian架構——不過它同樣應用了最新的部分技術。

Evans表示，A-Series核心代表的是迄今為止最快的GPU核心（fastest GPU cores ever created），無論是相比前代產品還是市面上既有的其他競品，且在PowerVR家族內是一次超乎尋常的飛躍（exceptional leap）。其中AXT系列“快了2.5倍”，這個時代的性能上升2.5倍仍然是個驚人的數字。這里的比較，針對的應該是上一代的PowerVR Series 9，但Evans并沒有說是Series 9中的哪個系列或哪個產品。

從Imagination后續在技術對比中的更多解讀來看，2.5倍指的的應該是相比更早的Rogue架構（Series 9既有采用Furian的型號，也有采用Rogue架構的型號）。在更多的性能對比數字方面，Evans還提到了ALU單元數量增加4倍，AI性能提升8倍，功耗則低了60%——通常功耗的降低數字是指，在達到與前代相同性能的同時，功耗降低了這么多。

在相對具體的產品層面，Evans總共列出了四款產品，分別是AXT 64-2048，AXT 32-1024，AXM 8-256，AXE 1-16。前面的字母是對應上述產品系列的，后面的數字實際也很容易理解。

比如AXT 32-1024，這里的“32”指的是紋理填充率（texture fill rate）達到32 GigaPixel/s（實際上這里的Pixel應該是指Texel，即每個時鐘周期采樣32個雙線性過濾texel）；1024則指1.0 TeraFLOPs（也就是每個時鐘周期1024次FP32 FLOPs）；另外，相關的AI性能則是在這個數字的基礎上翻4倍，AXT 32-1024的AI性能就是4 TOPs（INT8推理）。

這樣一來，其他幾款產品的性能參數以此類推也就大致很清楚了，比如上圖的AXT 64-2048。AXT 64-2048顯然是這個家族中性能最彪悍的一款，Evans表示，這款產品“為Imagination開啟了全新的應用市場，包括數據中心應用”；而AXT 32-1024定位于高性能圖形計算，“可應用于未來幾年的高端智能手機中”。

AXM 8-256用Evans的原話說是一款中端定位的“sweet spot”GPU，這句話應該是指其能效比在A-Series家族中可以達到最佳，應用場景包括了汽車、數字電視、機頂盒、平板等；AXE 1-16是A-Series家族中最小的一款。

如果我們單看這些數字，實際就已經是不錯的成績了。但沒有量級概念的話，還是需要對比一下競品。Evans也在現場對比了同代競品的實際性能、功耗、面積，也就是PPA。

同代比較知名的競品就屬驍龍855的Adreno 640了，另外Evans并沒有具體說對比的Arm Mali競品是哪個型號，die shot也看不出來。不過PPT上標注了MP12，亦即這是個12核GPU，市面上比較新、而且符合該特征的產品就是Exynos 9820了，其GPU為Mali G76MP12，所以猜測Evans對比的這款GPU正是Arm Mali G76。如果將Adreno 640的性能、占地面積視作100%，則“Arm需要額外84%的占地面積，才能達到相同的性能水平，也就是說功耗必然也更高”，“而Imagination達到和高通相當的性能，在芯片面積和功耗方面都要小得多。”即便是達到175%的性能水平，占地面積和能耗依然更小。

這個數據當然是非常好看的，不過實際上這種對比可能并不公平，因為一方面Exynos 9820和驍龍855在制造工藝上就有差別，而且G76也并非Arm Mali最新的GPU IP。今年年中，Arm就在Computex大會上宣布了Mali G77的問世。推測A-Series的實際GPU芯片產品至少也要2020年才能面市，所以A-Series首波真正要應戰的應該是Arm Mali G77，以及高通剛剛發布的Adreno 650。

好在Mali G77在宣傳中提到性能密度（performance density）相比G76也就提升為30%；而高通則宣稱Adreno 650性能提升25%；就Imagination公布的數字來看，A-Series即便與這兩者同場競技也完全有充沛的余力一戰，而且基本是無壓力的狀態，主體上還是要看Imagination令IP實體化的速度和表現。

Imagination PowerVR產品執行副總裁Steve Evans