对话芯动科技 | 助力云游戏 4K级服务器显卡的探索与创新

2021年芯动科技推出了基于IMG BXT GPU IP的风华1号显卡。单块风华1号显卡可在台式机和云游戏中实现4K级别的性能，渲染能力达到5 TFLOPS，如果在服务器中同时运行两块显卡，性能还可翻倍。该显卡是为不断扩大的安卓云游戏市场量身定制的，通过云端提供卓越的成本优势与杰出的能效比，以获得完美的移动娱乐体验。

现在，芯动科技团队分享了他们在风华1号显卡上取得的最新成就：在一块显卡上同时支持44个实例，每款游戏的运行速度约为30帧/秒。

这是他们发展历程中的一个重要里程碑，彰显了他们产品的能力，以及数据中心企业探索更新的显卡解决方案对其服务的益处。在下面的访谈中，与芯动科技的SoC首席架构师何颖探讨了他们的愿景、如何取得这些成果以及下一步的发展方向。

1、芯动科技认为云游戏的最新趋势是什么？

游戏内容的多样化和质量的提高。游戏画面、交互方式、声音体验、延迟改进等等，都在不断升级，以满足用户对游戏体验越来越高的要求。

第二个趋势是多终端协同，即无论使用什么设备，都能实现无处不在的游戏体验：智能电视、平板电脑、个人电脑和智能手机都是云游戏的有效选择。

云游戏正在逐步融合其他技术领域，推动技术创新。目前，许多城市已经实现了 5G 覆盖，使游戏玩家能够以更快的速度、更低的延迟串流畅玩更多更精细的内容。令人信服的人工智能生成内容的出现，为游戏开发商提供了差异化游戏的新方法。新推出的元宇宙应用要求同类型的处理与交互基础设施，而这些需求在云端业已得到或者得到证明。

游戏开发商正在探索创建云原生内容的方法，而不仅仅只是向用户从云端提供传统游戏的服务能力，以提高每用户平均营收。这些内容可以利用云计算更强的处理能力，为高分辨率显示器提供更复杂、帧率更高的大型游戏渲染，或在游戏中渗透人工智能生成内容等高级功能，以改变游戏玩法。

2、数据中心企业在为其服务选择合适的显卡时需要考虑哪些因素？

在挑选显卡时，数据中心运营商会考虑显卡供应商的生态系统及其在特定领域（如云游戏）的接受程度。他们会关注显卡的渲染运算、可实现的准确性、人工智能的训练和推断运算，以及显卡的目标应用和云基础功能。此外，绿色数据中心的趋势也在不断发展，它鼓励以安全、低能耗、环保的方式来满足企业的需求--从而反向通过降低功耗成本以获取更好的成本优势。

3、使用 IP 解决方案是如何帮助你们为客户打造最佳显卡的？

我们决定基于 Imagination 的 GPU IP开发我们的图形卡，以加快产品上市时间，并确保我们采用的基本图形架构是经过验证的领先技术。这一决定使我们的工程团队有时间专注为显卡添加新功能，帮助我们的产品在云游戏市场脱颖而出。在我们的 GPU 研发过程中，GPU 设计部门和 IP 设计部门紧密合作，为 GPU 产品打造了一套高性能、高可靠性、低功耗和兼容性强的 IP 解决方案。例如，风华二号采用的 LPDDR IP 不仅兼容 LPDDR4/4x/5/5x，我们还针对 GPU 的数据访问特性，设计并优化了 DDR 的内部请求调度机制。这为 GPU 核提供了更大的内存访问带宽，并降低了处理关键任务的时延。DDR 控制器的内部请求调度机制同样为 GPU Core更大的内存访问带宽和更低的关键任务时延而提供了专用设计。

由于 CoreActive 拥有适用于不同代工厂不同工艺节点的成熟强鲁棒性的 IP 库，因此我们在设计 GPU 芯片时可以更灵活地选择工艺节点，而不受 IP 选型的限制。

4、您选择在哪些方面集中工程力量来创建适用于安卓云游戏的芯片？

为安卓云游戏调整芯片的重点包括支持虚拟化、支持新版本的 OpenGL ES 或 Vulkan API、优化多客户端场景的线性度和可靠性。

在硬件开发方面，我们集中了更多的架构、算法和设计资源，用于研究和实施虚拟化和 API 升级所需的硬件修改。其次，我们加大了对软件驱动程序开发部门的资源投入，为更高版本的安卓系统创建驱动程序，并优化其稳定性和性能。最后，我们将部分测试工作集中在新功能上，以确保在主流游戏场景中的可靠性和性能，从而保证硬件能够与安卓设备进行良好的通信和运行。

5、在扩大风华1号可容纳的游戏玩家数量方面有哪些挑战？你们是如何克服的？

对于我们的商业客户来说，扩大显卡可容纳的游戏玩家数量是一个重要目标，但也存在一些困难。主要挑战之一是软件调度的线性。随着客户数量的增加，发送到 GPU 的请求数量以及随之而来的数据也会呈指数级增长。我们的驱动程序工程师在优化数据处理调度方面投入了大量精力：最大限度地利用片上数据处理引擎，同时优化图形控制器的数据吞吐效量，缩小任务调度中的间隙和浪费，这也减少了系统 CPU 负载和等待时间。

客户端数据的隔离和保护是另一个需要解决的问题。为了保证多个客户端的数据互不干扰，我们设计了一种高效/灵活配置的内存映射机制来管理不同客户端的内存空间，从而在不降低访问效率的前提下实现客户端数据的物理隔离。我们的解决方案是 Imagination HyperLane 虚拟化技术的演进，它为每个核创建了多达八个独立的控制通道，每个通道都在内存中安全隔离，并采用灵活的性能管理技术。

6、IMG BXT 的哪些功能为风华1号带来了最大价值？

Imagination基于分块的延迟渲染架构以及硬件虚拟化技术为风华系列GPU带来了显著的能效优势，使我们能够在相同功耗水平下比竞争对手拥有更多方式支持云游戏。风华1号和风华2号只是开端，产品推出后效果非常好。我们下一步将继续开发两条产品线：一条面向低功耗市场，一条面向服务器市场。在低功耗市场，除了继续提升性能外，我们还将积极探索不同行业的应用场景，推出更加注重节能、低成本、高性价比的产品。

在服务器市场，我们将继续推出技术更先进、性能更强大的产品。例如，我们将采用Chiplet (芯粒)技术，突破工艺瓶颈的限制，更好地提高性能。

7、客户和市场对 "风华 1号 "的反响如何？

风华1号一经推出，就迅速获得了市场的好评。经过测试和评估，我们的客户发现，在典型的云游戏场景中，与竞争对手的解决方案相比，"风华1号 "在能效比、单卡支持客户数量和性价比方面都具有突出优势。

8、芯动创新的下一步计划是什么？

风华1号和风华2号只是开端，产品推出后效果非常好。我们下一步将继续开发两条产品线：一条面向低功耗市场，一条面向服务器市场。

在低功耗市场，除了继续提升性能外，我们还将积极探索不同行业的应用场景，推出更加注重节能、低成本、高性价比的产品。

在服务器市场，我们将继续推出技术更先进、性能更强大的产品。例如，我们将采用Chiplet (芯粒)技术，突破工艺瓶颈的限制，更好地提高性能。