Imaginations nye GPU-arkitektur i A-serien er selskapets største lansering på 15 år

Det mobile GPU-markedet domineres i disse dager av Qualcomms tilpassede Adreno GPUer og ARMs Mali GPUer. Men tidligere var situasjonen annerledes. Det var noen flere konkurrenter på det mobile GPU-markedet, noe som bidro til å øke konkurranseevnen i bransjen. Spesielt Imagination Technologies var en av de viktigste aktørene i bransjen. Det Storbritannia-baserte selskapet er fortsatt en av lederne innen mobil GPU-området takket være leverandører lisensierer sine GPU-teknologier, men dets egne PowerVR-merkede GPUer finnes i svært få produkter disse dager. Tidligere ble dens avanserte mobile GPU-er brukt av Apple i selskapets A-serie SoCs, frem til Apple A10 i 2016. Low-end og mid-range GPUer, derimot, brukes av selskaper som MediaTek, Rockchip, etc. Nå er Imagination Technologies tilbake med en stor GPU-arkitekturlansering i form av den nye A-seriens arkitektur. Selskapet kaller det sin viktigste GPU-kunngjøring på 15 år, og det promoterer de nye GPU-ene som å ha verdens raskeste GPU-IP.

For å lære hvordan dette påvirker det mobile GPU-markedet, la oss fordype oss i selskapets bakgrunn og se hvordan det passer inn i det mobile GPU-markedet.

Imagination Technologies - Bakgrunn

Imagination Technologies har historisk sett vært en av lederne på det mobile GPU-markedet, siden det har vært i drift siden 1990-tallet. Selskapet eier en rekke GPU IP-patenter, noe som betyr at SoC-leverandører må betale lisensavgifter. Dens flisbaserte deferred rendering-teknologi (TBDR) er et godt eksempel. PowerVR-merket av GPUer konkurrerte med Qualcomms Adreno GPUer og ARMs Mali GPUer, men etter at Texas Instruments ble nedlagt i 2012, var selskapets eneste lisensinnehaver i high-end Apple.

Apple og Imagination var knyttet sammen frem til 2017, da Imagination til og med bygde tilpassede versjoner av PowerVR GPU-ene for iPhone og iPad. Apple bekreftet at det var i diskusjon med Imagination å kjøpe selskapet i mars 2016, men det var ingen avtale. I april 2017 kunngjorde Imagination at Apple hadde fortalt selskapet at det gikk over til tilpassede GPUer innen 15-18 måneder, og flyttet vekk fra Imaginations PowerVR GPUer. Et par måneder senere kom Imagination med en sjokkerende kunngjøring: den satte seg opp for salg, og markedsverdien hadde blitt betydelig redusert på kort tid da den største kunden gikk bort fra å bruke den teknologi. Imagination ble kjøpt i september 2017 av Canyon Ridge, et kalifornisk aksjeselskap med kinesiske investorer. For å si det mildt var utviklingen overraskende.

I samme måned lanserte Apple A11 SoC sammen med lanseringen av iPhone 8/iPhone X. A11 ble sagt å inneholde Apples første tilpassede GPU. Imidlertid fortsatte Apple å betale lisensavgifter til Imagination ettersom A11s tilpassede GPU fortsatt brukte Imaginations GPU-teknologi (inkludert TBDR). I følge AnandTech, Apples tilpassede GPU-design anses vanligvis å være en gaffel av Imaginations IP i 2015, som Apple fortsetter å utvikle uavhengig takket være en arkitektonisk lisens. Forholdet mellom Apple og Imagination i disse dager er ikke kjent, og offisielt forblir Apples tilpassede GPU-arkitektur en svart boks.

Etter å ha blitt kjøpt opp av Canyon Ridge, befant Imagination seg i en posisjon der de ikke hadde noen kunde for sine avanserte GPUer. De selskapets PowerVR Rogue-arkitektur hadde funnet veien til iPhone og iPad i den høye enden, men etter A11 var det ingen andre kjøpere. I low-end og mid-range-segmentene fortsatte Imagination å lisensiere GPU-teknologi til leverandører som MediaTek, Rockchip og Unisoc. Dens PowerVR 8XT- og 9XTP-arkitektur gjorde det imidlertid ikke til noen fraktprodukter. Faktisk migrerte MediaTek fra å bruke PowerVR GPUer til å bruke ARMs Mali GPUer. For eksempel Helio P90 brukte Imaginations PowerVR GM9446 GPU (som var basert på den eldre Rogue-arkitekturen), men MediaTek flyttet deretter til ARMs Mali-G76MC4 GPU i Helio G90T.

I mellomtiden viste selve ARMs Mali GPU-er seg lite konkurransedyktige på det mobile GPU-markedet, siden de hadde dårligere PPA (ytelse per område) sammenlignet med Qualcomms tilpassede Adreno GPUer som tilpasset GPU IP, og mer nylig Apples tilpassede GPUer. ARMs Mali-G71 og Mali-G72 led av dårligere ytelse og strømeffektivitet sammenlignet med Adreno GPU-ene på den tiden. Mens Mali-G76 var en solid forbedring, var det fortsatt ikke nok til å ta den mobile GPU-ytelsen og effektivitetskronen på Android-markedet fra Qualcomm.

Qualcomm var på en god plass i Android GPU-markedet ettersom GPU-ene nøt klassens beste ytelse, men i det bredere SoC-markedet ble de slått av Apples tilpassede GPUer. De tilpassede GPUer i Apple A11, A12 og A13 SoCs er betydelig raskere enn Adreno 540, Adreno 630 og Adreno 640 i Snapdragon 835, Snapdragon 845 og Snapdragon 855 hhv. Plutselig hadde Apple en stor ledelse i mobil GPU-ytelse, med Qualcomm henvist til andreplass. ARMs Mali GPUer var et stykke bak når det gjelder PPA så vel som strømeffektivitet.

I mai i år begynte ARM å korrigere ytelses- og effektivitetsunderskuddet ved å kunngjøre Mali-G77 med den nye Valhall GPU-arkitekturen med 40 % ytelsesforbedringer. GPUen oppnådde sine to første designgevinster i form av Samsung Exynos 990 og MediaTek Dimensity 1000 SoCs.

Fra midten av 2019 reflekterte det mobile GPU-markedet realiteten at tilpassede GPUer utviklet av Apple og Qualcomm var bedre enn lisensierte GPUer fra slike som ARM og Imagination. Når det gjelder konkurranse, er dette en dårlig ting for bransjen, siden det fungerer som en barriere for konkurranse hvis den lisensierte IP-en er dårligere enn tilpasset IP som ikke vil bli lisensiert til noen tredjeparts SoC-leverandør. Samsung vet dette, og selskapet har allerede forpliktet til å lisensiere AMDs GPU IP i fremtidige Exynos SoCs (skal lanseres om to år).

I møte med denne bakgrunnen var det duket for Imaginations viktigste kunngjøring på 15 år.

AXT-, AXM- og AX-serien med GPUer

Imagination har annonsert sin nye GPU-arkitektur i A-serien, med påstanden om at den har den raskeste GPU-IPen som noen gang er laget. Det er en stor påstand. Selskapets mål her er å vise at arkitekturen er bedre enn de tilpassede GPUene laget av Apple og Qualcomm. I hovedsak ønsker Imagination å gjøre lisensierte GPUer levedyktige igjen, og gi et bedre alternativ enn ARMs Mali GPUer.

A-seriens arkitektur er Imaginations 10. generasjons GPU-arkitektur. Den består av tre kategorier av GPUer: XE-, XM- og XT-produktlinjene, som betegner low-end, mid-range og high-end segmentene. PowerVR-merkevaren brukes ikke lenger for å beskrive arkitekturen, ettersom selskapet nå bruker den til å beskrive TBDR-teknologien. Det raskeste GPU IP-kravet gjelder XT-produktlinjen, siden den er ment som en premium-serie med mobile GPUer.

A-seriens GPU-arkitektur hevdes av Imagination å være 2,5 ganger raskere enn Imaginations forrige generasjon Series 9 GPU i en sammenligning av ISO-områder og prosessnoder. Fantasi sammenligner ikke A-serien med 8XT- eller 9XT-linjene, siden det ikke er noen offentlig tilgjengelige produkter som bruker disse GPU-seriene. AnandTech bemerker at dataene sannsynligvis er basert på Helio P90s GM9446 GPU, som er en Rogue-basert 9XM-serie GPU.

A-serien har 4 ganger flere ALUer over en 9XM Rogue GPU. Det sies å ha 8 ganger raskere AI-ytelse. Til slutt sier Imagination at A-seriens arkitektur bruker 60 % lavere strøm for lignende ytelse.

Den nye A-seriens arkitektur kan brukes for fire konfigurasjoner i XT-serien og én XM-konfigurasjon. XE-serien er faktisk ikke basert på den nye arkitekturen, siden den er en fortsettelse av Rogue. AXT-64-2048 er et flaggskip GPU med 2,0 TFLOPS, 64 gigapiksler/s fyllhastighet og 8 TOPS AI-ytelse. AXT-32-1024, på den annen side, sies å være en førsteklasses mobil GPU med 1 TFLOPS, 32 Gigapixel/s fyllhastighet og 4 TOPS AI-ytelse. De to andre konfigurasjonene er AXT-48-1536 og AXT-16-512, mens AXM-serien har AXM-8-256, som er vurdert for 256 GFLOPS, 8 gigapiksler/s fyllhastighet og 1 TOPP av AI opptreden.

Når det gjelder mobile GPUer, er Imaginations plan å ha AXT-32-1024 som det beste stedet for en premium mobil GPU. De to største konfigurasjonene kan brukes i enheter som Chromebook eller servere, for eksempel. AXT-48-1536 ser fortsatt for seg av Imagination å fungere som en alternativ større premium mobil GPU, mens AXT-64-2048 er en mye større GPU som Imagination kunne lage hvis brukere var interessert i den.

Den nye GPU-IPen inneholder mange endringer: 4x flere ALU-er, 128-bred arkitektur og mye mer. AnandTech har dekket den nye A-seriens teknologi i detalj, så leserne bør sjekke ut publikasjonens dekning.

En seriearkitektur - Outlook

Utsiktene til Imaginations A-seriearkitektur ser bra ut. Umiddelbart vil AXT-32-1024 GPU være mye raskere enn til og med neste generasjons design som f.eks. Qualcomms Adreno GPU i Snapdragon 865 og til og med Apples tilpassede GPU, for ikke å si noe om Mali-G77. Imagination har det også dekket når det gjelder PPA, og selskapet bemerker det eksisterende problemet der Mali GPUer har samme ytelse som Qualcomms Adreno GPUer mens de tar opp 184 % silisiumareal, noe som fører til lavere PPA. Effekteffektiviteten skal også være stor.

Imaginations GPU-veikart er også veldig aggressivt. I 2020 vil A-seriens arkitektur bli etterfulgt av B-seriens arkitektur med 30 % ytelse forbedringer, som igjen vil bli etterfulgt av C- og D-seriene i 2021 og 2022 med en årlig ytelse på 30 % forbedringer. Det mobile GPU-markedet har i stor grad gitt opp på dette nivået av generasjonsfremskritt. Imagination planlegger også å ha ray tracing aktivert i den neste GPU-arkitekturen.

Når det gjelder designgevinster, er det en blandet bagasje. Qualcomm vil ikke lisensiere denne arkitekturen, og det store flertallet av verdens Android-telefoner bruker Qualcomm SoCs. Samsung har allerede signert et samarbeid med AMD for å bruke Radeon IP i fremtidige Exynos SoCs. De to store leverandørene som er igjen er Huaweis HiSilicon Group og MediaTek, som begge bruker ARMs Mali GPUer. Siden MediaTek tidligere har brukt PowerVR GPUer, det er en mulighet for at selskapet vil gå tilbake til Imagination fra ARM i fremtidige SoCs. Selskapet har allerede annonsert et flaggskip SoC for 2020-enheter i form av Dimensity 1000.

Imaginations kunngjøring av den nye A-seriens arkitektur var sårt nødvendig i det mobile GPU-markedet. Hvis alt spiller ut, er det mobile GPU-markedet nå mye mer konkurransedyktig når det gjelder lisensierte GPUer som kan brukes av flere leverandører.

---

Via: AnandTech