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基于第五代 GPU 架構的全新 Arm GPU 重新定義視覺計算

2023-06-16

自去年 Arm 推出全新旗艦產品 Immortalis GPU 以來，收獲諸多好評。在面向搭載高端和旗艦片上系統 (SoC) 的全新高性能智能手機設備的各種基準測試中，Immortalis-G715[1] 憑借優異的性能和高效能脫穎而出。在光線追蹤方面，與配備同類 GPU 的 SoC 相比，基于 Immortalis-G715 的 SoC 實現了 67% 和 52% 的性能提升1。同時，在可變速率著色 (VRS) 基準測試中，該旗艦 GPU 的性能比同類 SoC 競品高出 5% 到 52%2。全新旗艦級 Arm Immortalis-G720 GPU[2] 以及全新 Arm Mali-G720[3] 和 Mali-G620 GPU[4] 的推出進一步鞏固了我們的強勁勢頭，并完善了我們面向廣泛消費電子設備的高水平 GPU 產品組合。在基于第四代 Valhall 架構構建了前四代 GPU 之后，全新 Arm GPU 采用了新的第五代 GPU[5] 架構，充分彰顯了 Arm 旨在面向各類消費電子設備帶來下一代視覺計算性能的長期承諾。全新 GPU 持續帶來了更先進的性能和效率表現，將為移動設備提供更逼真、出色的沉浸式游戲體驗，更低的耗電量確保更長的游戲暢游時間。第五代架構提高了所有 GPU 的系統級圖形性能，意味著我們不僅大幅提高了 GPU 性能，還優化了全新 Arm ?2023 全面計算解決方案[6] 中的外部內存、新的 CPU 集群和系統級緩存 (SLC) 之間的交互過程，從而提升了整體的性能表現。迄今為止，Arm GPU 出貨量已逾 90 億顆，為眾多開發者的應用提供了規模空前的目標群體。今年的出貨量更是比去年增加 10 億，相當于地球上平均每個人都擁有超過一個 GPU。此外，Arm 提供的業內先進的圖形功能、優化和開發工具，可助力開發者打造更出色的應用體驗。推出第五代 GPU 架構隨著全球快步邁入全新視覺計算時代，第五代 GPU 架構將成為 Arm 未來 GPU 的堅實基石，帶來顛覆性的全新圖形功能。第五代架構計劃將在第一年聚焦三個關鍵處理趨勢：場景復雜性、更出色的圖形性能和內存系統能耗功率。1 場景復雜性隨著開發者紛紛設法實現更優質的視覺效果，移動設備上的場景復雜性也呈爆炸式增長。現在面臨的挑戰在于，更高的場景復雜性會讓幾何相關的內存訪問占據過多的可用帶寬，并最終影響性能。第五代架構致力于提升圖形管道，讓用戶能夠以更高的每秒幀數 (FPS) 暢玩其喜愛的游戲。與此同時，在移動設備上實現下一代高級別幾何學渲染游戲和實時 3D 應用也成為了可能。為了處理這些更復雜的場景，圖形管道首先引入了延遲頂點著色 (DVS) 以重新定義 Arm GPU 中的圖形數據流。DVS 有助于將性能擴展到更大數量的內核中，使 Arm 的合作伙伴能夠在未來達到更高的性能水平。DVS 還有助于在高度復雜的游戲場景中保持穩定幀率，同時為未來下一代的幾何內容提供支持。一系列熱門游戲已借助 DVS 實現了場景中的性能提升，這些提升包括在《原神》中的帶寬占用減少了 33%，在《堡壘之夜》中減少了 26%，以及在 Elven Ruins 上使用的帶寬減少了 41%，Elven Ruins 是著名游戲制作團隊 Epic Games 在虛幻引擎中為游戲開發者和創作者提供的游戲場景示意圖。此創新架構還為移動設備帶來了更流暢、更身臨其境且近似個人電腦和游戲主機的游戲體驗。除了游戲應用以外，DVS 還將 CAD 應用的帶寬減少了 37%。可幫助建筑師通過實時 3D 視圖將其建筑 CAD 平面圖轉變成數字現實。2 更出色的圖形性能開發者不斷在其應用中創建更多令人驚嘆的視覺效果，推動著高動態范圍 (HDR) 渲染的使用需求持續增加。Arm 也積極支持這項開發者正在擁抱的技術趨勢——HDR 渲染，因此我們提升了相關性能以幫助呈現更出色的視覺效果。Immortalis-G720 有助于控制 HDR 渲染中使用的高深度紋理的性能影響。DVS 的引入意味著超復雜幾何形狀的場景可被渲染，并可節省處理能力。在 2023 游戲開發者大會 (GDC)[7] 中，Arm 工程團隊為大家帶來了技術演示，與基于 Valhall 架構的 Immortalis-G715 相比，基于第五代架構的 Immortalis-G720 的寫入帶寬提高了 31%，FPS 估計提高了 20%。借此釋放了圖形管道的空間，用以增加媲美電腦端的質量效果，例如實時動態光照、高光溢出效果和景深。3 內存系統能耗功率我們越來越傾向于認為內存系統能耗功率是導致處理器散熱達到極限的主要因素。回顧去年的 Arm 全面計算解決方案 (TCS22)[8]，我們發現 DRAM、互連和內存均大量導致了內存系統能耗功率。在第五代架構中，我們希望為 GPU 分配更多的內存系統效能以達到更好的視覺效果，同時也希望可以進一步節約能耗功率，以延長電池續航時間。Arm GPU 的性能和效率將再創新高除了引入第五代架構外，Immortalis 和 Mali GPU 的整體設計在性能和效率方面也實現了大幅提升。Immortalis-G720 支持十核或更多核心，并可選用優化的物理 IP 來加速 SoC 設計。Mali-G720 和 Mali-G620 的超強可擴展性有助于為廣泛的消費電子設備帶來優質的圖形功能，例如智能手機、筆記本電腦、數字電視、機頂盒 (STB) 和可穿戴設備。Mali-G720 可支持六到九個核心，而 Mali-G620 可支持至多五個核心，可助力 Arm 授權許可合作伙伴在更多市場中實現設計工作的快速復用。我們對各方面進行了廣泛的提升以降低 GPU 功耗，從而為終端用戶帶來更持久的設備使用時間，確保其隨時隨地可以開展工作和享受娛樂時間。每個 Immortalis 和 Mali GPU 都實現了更高水平的能效表現，其平均能效比上一代產品提升了 15%。意味著新產品的每瓦性能更高，持久性能更出色。此外，系統級效率也有了顯著提高，內存帶寬使用減少了多達 40%，且 CPU 負載有所降低。這要歸功于全新添加的 GPU 指令和驅動程序的優化。全新 GPU 在性能方面更上一層樓，其峰值性能平均提高了 15%。我們還將 64bpp 紋理的架構吞吐量提高了一倍，以設法提升高動態范圍紋理表現。在所有 GPU 中，我們為可變速率著色 (VRS) 提供了更高性能的著色率。VRS 是我們在去年的 Arm GPU[9]? 中引入的圖形處理技術。對于開發者而言[5]，這意味著 4x2 和 4x4 著色率的性能有所提高。VRS 技術有助于降低因復雜著色而增加的著色成本，確保在重要的地方提供高質量的圖形。除了提升 VRS 相關產品外，我們還通過優化 2x 多重采樣抗鋸齒 (MSAA) 功能為開發者帶來了靈活性更高的體驗。對于希望在其應用中使用 2x MSAA 的開發者來說，這讓他們無需升級到 4x MSAA。對于需要 2x MSAA 的應用，我們測得相關性能與使用 4x MSAA 時相比提升了 7%。全新 GPU 還提升了對 Vulkan 動態緩沖區的支持。對機器學習的持續承諾Arm 將繼續致力于為面向機器學習 (ML) 的新應用進行 GPU 開發和測試。3D 場景重建是一個關鍵的機器學習應用場景，可以在移動 GPU 上渲染真實場景的新穎視圖。通過探索這個特定的應用場景，我們發現，與 Immortalis-G715 相比，Immortalis-G720 的峰值性能提高了 25%，占用的內存帶寬減少了 22%。我們還在不斷平衡 CPU 和 GPU 之間的功率，以提供一致的用戶體驗。開發者可利用 Unity ML-Agents[10] 插件在游戲和模擬中訓練智能代理。在 GDC 2023 上，我們展示了在移動 SoC 上處理 100 個類似代理和復雜圖形的超強表現。廣泛的生態系統支持我們通過廣泛的 GPU 工具和資源保持對游戲開發者的生態系統支持。可免費下載的 Arm Mobile Studio[11] 提供了多種解析、性能分析和調試工具，以幫助開發者優化其應用的性能和效率。我們很快將推出 Arm Frame Advisor，這是一款基于幀的分析器，適用于支持 OpenGL ES 3.2 和 Vulkan 1.1 的游戲。Frame Advisor 使用構建于驅動程序之上的軟件層捕獲幀中的所有 API 調用情況，并通過分析引擎為開發者提供情景反饋。這種反饋可以幫助開發者發現提升應用性能的機會，具體包括以下方面：渲染圖和幀數據流的可視化；違反最佳實踐的相關信息；（算力預算）上限超標的相關信息，例如超過 GPU 周期數或 GPU 功率預算。我們已計劃與選定的游戲工作室合作完成 Frame Advisor 的早期發布測試，該工具將于 2023 年底公開發布。我們也在與我們的生態系統合作，攜手合作伙伴一同開發新技術。例如 Arm 曾與 Google 和 Unity 一同合作開發 Adaptive Performance[12]，此功能在固定的功率和熱限制條件下優化了 GPU 利用率。光線追蹤繼續作為一項廣受歡迎的圖形功能。我們的一些合作伙伴在芯片和設備上采用了光線追蹤技術[13]，并將其用于游戲應用，我們始終與他們保持密切合作。例如，我們正在與騰訊游戲和 MediaTek 合作，通過 SmartGI 技術以進一步提高行業采用率，并開發最佳實踐文檔，為游戲開發者提供有力支持。最后，我們正在與 Epic Games 合作，計劃在安卓上啟用其 Unreal Engine 5 桌面渲染器。這將確保借助 Immortalis GPU 也能提供桌面級質量的渲染和圖形。我們創建了 Steel Arms 演示來測試開發者使用我們 GPU 產品的體驗，并演示該渲染器如何實現高質量的圖形，包括豐富的高光溢出效果、基于物理的優質著色、生動的模糊效果和細致的實時反射效果。更高效率、更優性能、更豐富的開發者資源我們的目標是每年都能在 GPU 領域提供行業出眾的性能和效率，同時為開發者提供豐富的工具和資源，助其打造美輪美奐的視覺盛宴。今年也不例外，Immortalis-G720 和 Mali GPU 系列顯著提高了效率和性能，并最終使開發者深受裨益。第五代架構為我們奠定了下一代視覺計算的基礎，并將為移動設備帶來具有突破性的全新圖形功能。總而言之，Arm 將繼續為用戶帶來更驚艷的視覺體驗。附注：1 光線追蹤使用“Basemark? GPUScore: In Vitro”進行基準測試。截至 2023 年 4 月 12 日，Arm 在旗艦級 Android 手機上測得的數據。2 VRS 使用“Basemark? GPUScore：The Expedition VRS”進行基準測試。截至 2023 年 4 月 12 日，Arm 在旗艦級 Android 手機上測得的數據。本文作者：Arm 終端事業部 GPU 產品管理總監 Dan Wilson（文章來源公眾號：Arm社區）+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++關于億道電子上海億道電子技術有限公司是國內資深的研發工具軟件提供商，公司成立于2009年，面向中國廣大的制造業客戶提供研發、設計、管理過程中使用的各種軟件開發工具，致力于幫助客戶提高研發管理效率、縮短產品設計周期，提升產品可靠性。十多年來，先后與ARM、Altium、Ansys、QT、Green Hills、Minitab、EPLAN、QA Systems、OpenText、Visu-IT、HighTec、PLS、Ashling、MSC Software、Autodesk、Source Insight、IncrediBuild、Lauterbach、Adobe、Testplant、TeamEDA等多家全球知名公司建立戰略合作伙伴關系，并作為他們在中國區的主要分銷合作伙伴服務了數千家中國本土客戶，為客戶提供從芯片級開發工具、EDA設計工具、軟件編譯以及測試工具、結構設計工具、仿真工具、電氣設計工具、以及嵌入式GUI工具等等。億道電子憑借多年的經驗積累，真正的幫助客戶實現了讓研發更簡單、更可靠、更高效的目標。歡迎關注“億道電子”公眾號了解更多研發工具軟件知識

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Arm 發布全新智能視覺參考設計，滿足中國市場視覺應用設備的強勁增長需求

2023-06-15

Arm 今日宣布推出針對視覺應用設備的 Arm? 智能視覺參考設計，該應用處于物聯網市場增長最快速的領域之一。全新參考設計首次將 Arm 現有子系統 IP 與第三方 IP 整合，助力中國客戶加速視覺應用設備開發，并廣泛應用于從家庭與辦公室安全、智能零售結賬系統，到工業自動化等各類場景。Arm 物聯網事業部業務拓展副總裁馬健表示：“作為物聯網基石的 Arm，其技術正驅動著當今市場上眾多智能視覺設備的發展。這個行業正處在關鍵節點，視覺應用越來越普及，圍繞這些應用，中國市場擁有一個多樣化且充滿活力的生態系統。全新 Arm 智能視覺參考設計將賦能中國合作伙伴把握市場機遇，加速基于 Arm 架構的視覺應用設備的開發進程。”多年來，Arm 全球合作伙伴已將 Arm 技術成功部署在其視覺應用解決方案中，包括晶晨半導體、安凱微電子、星宸科技等中國合作伙伴。隨著視覺應用設備需求的持續增長，客戶希望能夠將自己的 IP 集成到這些解決方案中，從而獲得更多靈活性，以實現產品差異化并集成更廣泛的功能。Arm 智能視覺參考設計結合 Arm 與安謀科技市場領先的 IP，提高設備本身處理能力，增強機器學習能力，同時加速開發進程。安謀科技智能物聯及汽車業務線負責人趙永超表示：“AI 及 5G 技術的進步，在加速視覺應用技術與各領域深度融合的同時，也進一步促進了國內智能視覺產業生態的繁榮。Arm 智能視覺參考設計通過集成安謀科技‘玲瓏’ VPU 和‘周易’ NPU，并由安謀科技將 Arm IP 與安謀科技自研 IP 進行集成和驗證，可進一步滿足國內客戶在不同場景下的差異化視頻處理需求，提高機器學習與視頻處理工作時的負載表現，從而加速視覺應用產品的創新落地。”“Arm 智能視覺參考設計”結合 Arm 與安謀科技市場領先的 IP，助力中國客戶加速視覺應用設備開發Arm 智能視覺參考設計包括：Arm Corstone?-1000：整合 Cortex-A、Cortex-M 處理器與內建安全性，為不同應用在受限的功耗范圍內提供效率及高性能。Arm Corstone-300：為機器學習工作負載提供“永遠在線”的低功耗子系統。Arm Mali?-C55 圖像信號處理器（ISP）：在極小的芯片面積條件下，提供可配置、高能效、高性能的圖像質量。來自安謀科技的第三方 IP 在視頻和機器學習能力方面提供更多選項：“玲瓏” V5 視頻處理器：支持緊湊的、多格式（例如 H.264, H.265）且高效能的視頻編解碼處理。“周易” NPU：為廣泛的機器學習用例提供高達 4TOPS 的性能表現，并且支持業界主流的 AI 規模框架，例如 Tensorflow、Caffe、ONNX、Pytorch 等。此外，生態伙伴可借由 Arm 虛擬硬件 (Arm Virtual Hardware, AVH) 的形式獲取 Arm 智能視覺參考設計的虛擬模型，助力軟件開發者在芯片完備前先著手開發并優化代碼。該參考設計具備可信任的底層 IP 技術，在增強安全、可移植性與兼容性方面，已取得 Arm SystemReady? IR 與 PSA Certified Level 2 等重要的業界標準認證。Arm 同時宣布了“Arm 智能視覺合作伙伴計劃”，該計劃匯集軟件、硬件、系統集成商伙伴，幫助設計者與開發者加速將其生產就緒的視覺應用設備推向中國市場。加入該計劃的合作伙伴將與視覺應用生態廠商緊密合作，共同優化產品與開發者體驗，加速推向市場。目前已有十多家來自智能物聯網的芯片設計、系統集成、AI 算法、開發平臺等國內領先企業均已加入該項計劃。“Arm 智能視覺合作伙伴計劃”已獲十多家生態伙伴加入支持，協力加速中國智能視覺的創新應用合作伙伴證言“安凱微在物聯網智能硬件核心 SoC 芯片領域深耕多年，也是 Arm 長期的合作伙伴。我們通過 Arm CPU 與自研技術的結合，設計出包括物聯網攝像機芯片和物聯網應用處理器芯片在內的主線產品，并已廣泛應用于智能家居、智慧安防、智慧辦公和工業物聯網等領域，成功地為市場上的低功耗的視覺應用奠定基石。”--安凱微電子市場總監葛保建“誠邁科技在成為 Arm 首家在華圖像信號處理器的認證調式夥伴后，很高興也成為首批加入 Arm 智能視覺伙伴項目的成員，在 Arm 堅實的視覺生態系統上擴展我們的合作關系。通過 Arm 先進的處理器與 Arm 智能視覺參考設計，結合我們在軟件方面的專業積累與機器視覺的全套解決方案，我們將能加速智能視覺在各領域的落地應用，為客戶帶來更高效率、性能與創新優勢。”--誠邁科技計算機視覺事業部副總裁韓薇“愛芯元智致力于打造世界領先的 AI 視覺芯片。作為人工智能視覺感知芯片研發及基礎算力平臺公司，愛芯已成功研發并量產了三代多顆端側、邊緣側 AI 視覺感知芯片，均采用了 Arm Cortex-A 內核。憑借自研核心技術——愛芯智眸? AI-ISP 和混合精度 NPU，愛芯元智相關產品和解決方案已廣泛應用于智慧城市、智能交通、AIoT 等領域。而隨著 AI 推動產業的不斷發展，我們將繼續攜手 Arm 探索更智能的解決方案，并通過 Arm 生態系統豐富的資源，擴展更多應用范例，讓我們毫無后顧之憂，持續積極創新，用普惠 AI 造就美好生活！”--愛芯元智創始人、董事長兼首席執行官仇肖莘“我們很高興能與 Arm 通過‘Arm 智能視覺合作伙伴計劃’進一步深化雙方的合作關系。飛槳 (PaddlePaddle) 以百度多年的深度學習技術研究和業務應用為基礎，集深度學習核心訓練和推理框架、基礎模型庫、端到端開發套件、豐富的工具組件、人工智能學習與實訓社區于一體，是中國首個自主研發、功能豐富、開源開放的產業級深度學習平臺。截至 2022 年末，飛槳已凝聚 535 萬開發者，基于飛槳創建 67 萬個模型，服務 20 萬家企事業單位。在硬件支持方面，我們的模型庫橫跨了諸多 Arm Cortex-A、Cortex-M、服務器 CPU 等計算平臺，能為 Arm 的生態伙伴實現視覺算法的加速運行，助力智能視覺的落地。”--百度飛槳產品團隊負責人趙喬“昱感微電子是一家專注于智能感知 (包含機器視覺) 的芯片解決方案新創公司，為了展現我們的競爭力，我們需要聚焦資源在產品的差異化上，并快速推動產品上市進程。Arm 智能視覺參考設計可以很好地奠定我們底層技術的根基，為我們大幅減低花費在基層技術架構的心力，從而將更多時間與資源專攻在我們的技術優勢，創造創新與差異，從而掌握市場機遇。”--昱感微電子 CEO 蔣宏+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++關于億道電子上海億道電子技術有限公司是國內資深的研發工具軟件提供商，公司成立于2009年，面向中國廣大的制造業客戶提供研發、設計、管理過程中使用的各種軟件開發工具，致力于幫助客戶提高研發管理效率、縮短產品設計周期，提升產品可靠性。十多年來，先后與ARM、Altium、Ansys、QT、Green Hills、Minitab、EPLAN、QA Systems、OpenText、Visu-IT、HighTec、PLS、Ashling、MSC Software、Autodesk、Source Insight、IncrediBuild、Lauterbach、Adobe、Testplant、TeamEDA等多家全球知名公司建立戰略合作伙伴關系，并作為他們在中國區的主要分銷合作伙伴服務了數千家中國本土客戶，為客戶提供從芯片級開發工具、EDA設計工具、軟件編譯以及測試工具、結構設計工具、仿真工具、電氣設計工具、以及嵌入式GUI工具等等。億道電子憑借多年的經驗積累，真正的幫助客戶實現了讓研發更簡單、更可靠、更高效的目標。歡迎關注“億道電子”公眾號了解更多研發工具軟件知識

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