對話芯動(dòng)科技 | 助力云游戲 4K級服務(wù)器顯卡的探索與創(chuàng)新

2021年芯動(dòng)科技推出了基于IMG BXT GPU IP的風(fēng)華1號(hào)顯卡。單塊風(fēng)華1號(hào)顯卡可在臺(tái)式機(jī)和云游戲中實(shí)現(xiàn)4K級別的性能，渲染能力達(dá)到5 TFLOPS，如果在服務(wù)器中同時(shí)運(yùn)行兩塊顯卡，性能還可翻倍。該顯卡是為不斷擴(kuò)大的安卓云游戲市場量身定制的，通過云端提供卓越的成本優(yōu)勢與杰出的能效比，以獲得完美的移動(dòng)娛樂體驗(yàn)。

現(xiàn)在，芯動(dòng)科技團(tuán)隊(duì)分享了他們在風(fēng)華1號(hào)顯卡上取得的最新成就：在一塊顯卡上同時(shí)支持44個(gè)實(shí)例，每款游戲的運(yùn)行速度約為30幀/秒。

這是他們發(fā)展歷程中的一個(gè)重要里程碑，彰顯了他們產(chǎn)品的能力，以及數(shù)據(jù)中心企業(yè)探索更新的顯卡解決方案對其服務(wù)的益處。在下面的訪談中，與芯動(dòng)科技的SoC首席架構(gòu)師何穎探討了他們的愿景、如何取得這些成果以及下一步的發(fā)展方向。

1、芯動(dòng)科技認(rèn)為云游戲的最新趨勢是什么？

游戲內(nèi)容的多樣化和質(zhì)量的提高。游戲畫面、交互方式、聲音體驗(yàn)、延遲改進(jìn)等等，都在不斷升級，以滿足用戶對游戲體驗(yàn)越來越高的要求。

第二個(gè)趨勢是多終端協(xié)同，即無論使用什么設(shè)備，都能實(shí)現(xiàn)無處不在的游戲體驗(yàn)：智能電視、平板電腦、個(gè)人電腦和智能手機(jī)都是云游戲的有效選擇。

云游戲正在逐步融合其他技術(shù)領(lǐng)域，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新。目前，許多城市已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 5G 覆蓋，使游戲玩家能夠以更快的速度、更低的延遲串流暢玩更多更精細(xì)的內(nèi)容。令人信服的人工智能生成內(nèi)容的出現(xiàn)，為游戲開發(fā)商提供了差異化游戲的新方法。新推出的元宇宙應(yīng)用要求同類型的處理與交互基礎(chǔ)設(shè)施，而這些需求在云端業(yè)已得到或者得到證明。

游戲開發(fā)商正在探索創(chuàng)建云原生內(nèi)容的方法，而不僅僅只是向用戶從云端提供傳統(tǒng)游戲的服務(wù)能力，以提高每用戶平均營收。這些內(nèi)容可以利用云計(jì)算更強(qiáng)的處理能力，為高分辨率顯示器提供更復(fù)雜、幀率更高的大型游戲渲染，或在游戲中滲透人工智能生成內(nèi)容等高級功能，以改變游戲玩法。

2、數(shù)據(jù)中心企業(yè)在為其服務(wù)選擇合適的顯卡時(shí)需要考慮哪些因素？

在挑選顯卡時(shí)，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商會(huì)考慮顯卡供應(yīng)商的生態(tài)系統(tǒng)及其在特定領(lǐng)域（如云游戲）的接受程度。他們會(huì)關(guān)注顯卡的渲染運(yùn)算、可實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確性、人工智能的訓(xùn)練和推斷運(yùn)算，以及顯卡的目標(biāo)應(yīng)用和云基礎(chǔ)功能。此外，綠色數(shù)據(jù)中心的趨勢也在不斷發(fā)展，它鼓勵(lì)以安全、低能耗、環(huán)保的方式來滿足企業(yè)的需求--從而反向通過降低功耗成本以獲取更好的成本優(yōu)勢。

3、使用 IP 解決方案是如何幫助你們?yōu)榭蛻舸蛟熳罴扬@卡的？

我們決定基于 Imagination 的 GPU IP開發(fā)我們的圖形卡，以加快產(chǎn)品上市時(shí)間，并確保我們采用的基本圖形架構(gòu)是經(jīng)過驗(yàn)證的領(lǐng)先技術(shù)。這一決定使我們的工程團(tuán)隊(duì)有時(shí)間專注為顯卡添加新功能，幫助我們的產(chǎn)品在云游戲市場脫穎而出。在我們的 GPU 研發(fā)過程中，GPU 設(shè)計(jì)部門和 IP 設(shè)計(jì)部門緊密合作，為 GPU 產(chǎn)品打造了一套高性能、高可靠性、低功耗和兼容性強(qiáng)的 IP 解決方案。例如，風(fēng)華二號(hào)采用的 LPDDR IP 不僅兼容 LPDDR4/4x/5/5x，我們還針對 GPU 的數(shù)據(jù)訪問特性，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了 DDR 的內(nèi)部請求調(diào)度機(jī)制。這為 GPU 核提供了更大的內(nèi)存訪問帶寬，并降低了處理關(guān)鍵任務(wù)的時(shí)延。DDR 控制器的內(nèi)部請求調(diào)度機(jī)制同樣為 GPU Core更大的內(nèi)存訪問帶寬和更低的關(guān)鍵任務(wù)時(shí)延而提供了專用設(shè)計(jì)。

由于 CoreActive 擁有適用于不同代工廠不同工藝節(jié)點(diǎn)的成熟強(qiáng)魯棒性的 IP 庫，因此我們在設(shè)計(jì) GPU 芯片時(shí)可以更靈活地選擇工藝節(jié)點(diǎn)，而不受 IP 選型的限制。

4、您選擇在哪些方面集中工程力量來創(chuàng)建適用于安卓云游戲的芯片？

為安卓云游戲調(diào)整芯片的重點(diǎn)包括支持虛擬化、支持新版本的 OpenGL ES 或 Vulkan API、優(yōu)化多客戶端場景的線性度和可靠性。

在硬件開發(fā)方面，我們集中了更多的架構(gòu)、算法和設(shè)計(jì)資源，用于研究和實(shí)施虛擬化和 API 升級所需的硬件修改。其次，我們加大了對軟件驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)部門的資源投入，為更高版本的安卓系統(tǒng)創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)程序，并優(yōu)化其穩(wěn)定性和性能。最后，我們將部分測試工作集中在新功能上，以確保在主流游戲場景中的可靠性和性能，從而保證硬件能夠與安卓設(shè)備進(jìn)行良好的通信和運(yùn)行。

5、在擴(kuò)大風(fēng)華1號(hào)可容納的游戲玩家數(shù)量方面有哪些挑戰(zhàn)？你們是如何克服的？

對于我們的商業(yè)客戶來說，擴(kuò)大顯卡可容納的游戲玩家數(shù)量是一個(gè)重要目標(biāo)，但也存在一些困難。主要挑戰(zhàn)之一是軟件調(diào)度的線性。隨著客戶數(shù)量的增加，發(fā)送到 GPU 的請求數(shù)量以及隨之而來的數(shù)據(jù)也會(huì)呈指數(shù)級增長。我們的驅(qū)動(dòng)程序工程師在優(yōu)化數(shù)據(jù)處理調(diào)度方面投入了大量精力：最大限度地利用片上數(shù)據(jù)處理引擎，同時(shí)優(yōu)化圖形控制器的數(shù)據(jù)吞吐效量，縮小任務(wù)調(diào)度中的間隙和浪費(fèi)，這也減少了系統(tǒng) CPU 負(fù)載和等待時(shí)間。

客戶端數(shù)據(jù)的隔離和保護(hù)是另一個(gè)需要解決的問題。為了保證多個(gè)客戶端的數(shù)據(jù)互不干擾，我們設(shè)計(jì)了一種高效/靈活配置的內(nèi)存映射機(jī)制來管理不同客戶端的內(nèi)存空間，從而在不降低訪問效率的前提下實(shí)現(xiàn)客戶端數(shù)據(jù)的物理隔離。我們的解決方案是 Imagination HyperLane 虛擬化技術(shù)的演進(jìn)，它為每個(gè)核創(chuàng)建了多達(dá)八個(gè)獨(dú)立的控制通道，每個(gè)通道都在內(nèi)存中安全隔離，并采用靈活的性能管理技術(shù)。

6、IMG BXT 的哪些功能為風(fēng)華1號(hào)帶來了最大價(jià)值？

Imagination基于分塊的延遲渲染架構(gòu)以及硬件虛擬化技術(shù)為風(fēng)華系列GPU帶來了顯著的能效優(yōu)勢，使我們能夠在相同功耗水平下比競爭對手擁有更多方式支持云游戲。風(fēng)華1號(hào)和風(fēng)華2號(hào)只是開端，產(chǎn)品推出后效果非常好。我們下一步將繼續(xù)開發(fā)兩條產(chǎn)品線：一條面向低功耗市場，一條面向服務(wù)器市場。在低功耗市場，除了繼續(xù)提升性能外，我們還將積極探索不同行業(yè)的應(yīng)用場景，推出更加注重節(jié)能、低成本、高性價(jià)比的產(chǎn)品。

在服務(wù)器市場，我們將繼續(xù)推出技術(shù)更先進(jìn)、性能更強(qiáng)大的產(chǎn)品。例如，我們將采用Chiplet (芯粒)技術(shù)，突破工藝瓶頸的限制，更好地提高性能。

7、客戶和市場對 "風(fēng)華 1號(hào) "的反響如何？

風(fēng)華1號(hào)一經(jīng)推出，就迅速獲得了市場的好評。經(jīng)過測試和評估，我們的客戶發(fā)現(xiàn)，在典型的云游戲場景中，與競爭對手的解決方案相比，"風(fēng)華1號(hào) "在能效比、單卡支持客戶數(shù)量和性價(jià)比方面都具有突出優(yōu)勢。

8、芯動(dòng)創(chuàng)新的下一步計(jì)劃是什么？

風(fēng)華1號(hào)和風(fēng)華2號(hào)只是開端，產(chǎn)品推出后效果非常好。我們下一步將繼續(xù)開發(fā)兩條產(chǎn)品線：一條面向低功耗市場，一條面向服務(wù)器市場。

在低功耗市場，除了繼續(xù)提升性能外，我們還將積極探索不同行業(yè)的應(yīng)用場景，推出更加注重節(jié)能、低成本、高性價(jià)比的產(chǎn)品。

在服務(wù)器市場，我們將繼續(xù)推出技術(shù)更先進(jìn)、性能更強(qiáng)大的產(chǎn)品。例如，我們將采用Chiplet (芯粒)技術(shù)，突破工藝瓶頸的限制，更好地提高性能。