國產(chǎn)自主GPU架構(gòu)“天狼星”在北京亮相
GPU(Graphic Processing Unit)即圖形處理器,是數(shù)字世界圖形內(nèi)容生成的基石,不管是桌面應用、游戲、電影、數(shù)字孿生還是元宇宙;與此同時,強大的并行計算能力業(yè)已成為各種應用加速的主流手段,正廣泛應用于科學計算和人工智能。然而,我國GPU芯片基本全部依賴進口。隨著美國不斷加碼限制英偉達、AMD向我國供應高端GPU芯片,我國進口GPU也受到極大的限制。這些多重因素,更加促使國產(chǎn)GP
2023-06-15 17:37:28
來源:丁科技網(wǎng)??

GPU(Graphic Processing Unit)即圖形處理器,是數(shù)字世界圖形內(nèi)容生成的基石,不管是桌面應用、游戲、電影、數(shù)字孿生還是元宇宙;與此同時,強大的并行計算能力業(yè)已成為各種應用加速的主流手段,正廣泛應用于科學計算和人工智能。然而,我國GPU芯片基本全部依賴進口。隨著美國不斷加碼限制英偉達、AMD向我國供應高端GPU芯片,我國進口GPU也受到極大的限制。這些多重因素,更加促使國產(chǎn)GPU企業(yè)奮起直追。

6月15日,國產(chǎn)自主GPU架構(gòu)“天狼星”鑒定及發(fā)布會在北京舉辦。

出席本次活動的行業(yè)領(lǐng)導有:國際信息顯示學會中國總裁fellow、俄羅斯工程院外籍院士、國際信息顯示學會北京分會理事長嚴群博士;上海市集成電路行業(yè)協(xié)會秘書長郭奕武;原國家能源局電力可靠性和質(zhì)監(jiān)中心副主任胡紅升;國家開發(fā)投資集團國投委執(zhí)行總監(jiān)梁敬東;杭州市上城區(qū)國有資本運營集團有限公司總經(jīng)理陳轟;湖州市南太湖新區(qū)招商服務中心章佳輝;OPPO投資部陸宇仟珊;量子創(chuàng)新(北京)信息技術(shù)有限公司創(chuàng)始人程全富,副總裁郭松;北京銳馬視訊科技有限公司副總裁徐言茂,副總裁肖志剛;北京德風新征程科技股份有限公司副總裁王妙維。

GPU架構(gòu)“天狼星”出世

GPU架構(gòu)“天狼星”由國內(nèi)企業(yè)中天恒星科技有限公司(Advanced Technology Stellar,簡稱中天恒星/ATS)自主研發(fā)。

中天恒星研發(fā)團隊由卡內(nèi)基梅隆大學電子與計算機工程博士、清華大學軟件學院、微電子學研究所副教授、NVIDIA合作教授鄧仰東博士率領(lǐng)。鄧博士是GPU通用計算最早研究人員之一,被譽為“GPU通用計算先行者”。鄧博士長期從事圖形處理器體系結(jié)構(gòu)、并行計算研究和芯片產(chǎn)品開發(fā)工作;曾設(shè)計出全球第一個基于FPGA的GPU仿真平臺;研究成果在ISCA、MICRO、等頂級會議和期刊發(fā)表。鄧博士撰寫多部教材和專著,其中《數(shù)字集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計與高層次綜合》入選清華大學及多所大學研究生教材,《異構(gòu)處理器OpenCL編程導論》是國內(nèi)GPU異構(gòu)計算第一部教材,《3-Dimensional VLSI》是三維集成電路的第一部專著。

“天狼星”GPU架構(gòu)有幾大亮點:一是具有3D圖形引擎+2D圖形加速+視頻引擎。二是自主可控/靈活優(yōu)化的指令集和VLIW/SIMD機器指令集(ICCD’13);其中,自主可控/靈活優(yōu)化的指令集,保證GPU芯片迭代的軟件兼容。三是SIMT計算框架,充分利用圖形應用的數(shù)據(jù)并行性( DATE’12.ICCD'13,TVLSI15)。四是支持物理真實渲染(ACMComputingSurvey’14,SIGGRAPHASIA'14.15)。五是Shader Core(Graphics ProcessingCluster),包括SIMT獨立指令執(zhí)行單元、以32位浮點ALU為基礎(chǔ)的統(tǒng)一圖形架構(gòu)(ICCD13)以及集成寄存器堆、紋理/數(shù)據(jù)緩存。六是延遲聚集式全局線程調(diào)度技術(shù)(ISCA20、TPDS21、TCAD'21)。七是具有良好性能伸縮性的片上互聯(lián)架構(gòu)(MICRO'20、TPDS’21)。

此次發(fā)布的天狼星的主要有三個技術(shù)優(yōu)勢:第一、面向億級訂單市場,以獨立顯卡GPU芯片主流產(chǎn)品為突破口,瞄準需求廣闊、增長強勁的億級剛需市場,突出性價比優(yōu)勢;第二、擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán),以清華大學超過10年研究基礎(chǔ)為依托的自研核心架構(gòu),確保產(chǎn)品迭代自主可控。以基礎(chǔ)理論研究為基礎(chǔ),從數(shù)學公式推導開始,從架構(gòu)設(shè)計、算法模型、原理驗證、硬件實現(xiàn)、驅(qū)動開發(fā)等環(huán)節(jié)全部正向設(shè)計。核心架構(gòu)完整知識產(chǎn)權(quán),已申請專利和著作權(quán)數(shù)百項,數(shù)十項已獲授權(quán);相關(guān)研究成果發(fā)表于ISCA、Micro、IEEE TPDS、IEEE TCAD等頂級會議和期刊;第三、完備的交付能力,上下游產(chǎn)業(yè)鏈準備充分,確保產(chǎn)品量產(chǎn)自主可控;芯片設(shè)計完成全面驗證,確保流片成功;軟硬件接口符合國際標準,確保芯片裝機即可使用,包括操作系統(tǒng)認證:Windows WHQL;API認證:Open GL Conformance Test;外圍接口認證:HDMI DP CTS;專業(yè)測試認證:PHY layer和LIINK layer;質(zhì)量體系認證:顯卡3C認證(中國)、 日本VCCI 、歐盟CE、 美國FCC。

得到業(yè)界專家高度認可

當前,Imagination和Vivante兩家公司是主要IP來源,這些IP主要是針對移動應用的GPU內(nèi)核,不適合桌面應用。此外,購買第三方的IP,難以形成成熟的圖形顯卡級GPU,核心電路專利無法自控和自主迭代。

中天恒星聯(lián)合創(chuàng)始人、總架構(gòu)師鄧仰東博士表示:“很多國產(chǎn)的GPU的IP授權(quán)主要購買的第三方。中天恒星的路線有所不同,核心的圖形引擎完全自主設(shè)計的,所以3D圖形引擎這塊不涉及到別人的知識產(chǎn)權(quán),也沒有IP的問題,全部是我們自己擁有,從0到完整架構(gòu)的實現(xiàn),都是我們自主的技術(shù)。”

自研GPU架構(gòu)存在極高的技術(shù)挑戰(zhàn)。鄧仰東分析指出:“GPU設(shè)計有幾個地方非常復雜:一個是架構(gòu)級的設(shè)計,這其實是個統(tǒng)籌的藝術(shù)。GPU本身的資源,在所謂的uni版的shader,所有的計算資源是一樣的,大家都用32比特或者64比特的浮點運算單元,這是一個配合的問題。有很多個核共享L2的cash,然后每個核內(nèi)有自身的計算單元,還有通往片外的各種通道,實際上片上還有一些針對圖形的,比如像紋理的緩存;這些雖然很容易知道是什么樣的模塊,難的是如何配合起來實現(xiàn)整體性能最優(yōu)。換言之,如何通過統(tǒng)籌協(xié)調(diào),能夠適應絕大多數(shù)圖形應用。在大多數(shù)情況下,均衡的設(shè)計保持性能每秒至少30幀,這是一個極具挑戰(zhàn)的地方。二是,架構(gòu)仿真的時間非常長,需要經(jīng)驗也需要直覺,去找出架構(gòu)問題到底出在哪里。這方面也是一個很大的挑戰(zhàn),需要有多年的積累才能去做這件事。”

GPU架構(gòu)“天狼星”得到行業(yè)專家的高度認可和好評。

對于天狼星架構(gòu),國際信息顯示學會中國總裁fellow、俄羅斯工程院外籍院士、國際信息顯示學會北京分會理事長 嚴群博士:......

上海市集成電路行業(yè)協(xié)會秘書長郭奕武:

克服重重考驗 終將“亮劍”

依托研發(fā)團隊多年研究成果,中天恒星從數(shù)學公式推導開始,架構(gòu)設(shè)計、算法模型、原理驗證、硬件實現(xiàn)和驅(qū)動開發(fā)等環(huán)節(jié)全部正向設(shè)計,核心IP完全自主可控,擁有圖形GPU完整知識產(chǎn)權(quán),并已申請專利和著作權(quán)數(shù)百項,其中25項已獲授權(quán),相關(guān)研究成果發(fā)表在ISCA、Micro、IEEE TPDS、IEEE TCAD等頂級會議和期刊。

2019年,第一代“天狼星”架構(gòu)芯片設(shè)計驗證完成。2021年,第一代“天狼星”架構(gòu)GPU誕生;2022年,定義第二代GPU架構(gòu)“大角星”;2023年,第一代“天狼星”架構(gòu)GPU實現(xiàn)量產(chǎn)。

GPU架構(gòu)取名為“天狼星”有著獨特的寓意,中天恒星創(chuàng)始人黃永博士指出:“我們的架構(gòu)全部是以恒星來命名的。Stellar是恒星、星宿、星座的意思,引申出來有超一流、卓越的含義。第二代架構(gòu)命名為大角星;大角星是第二亮的恒星。只是因為距離地球更遠,所以看起來沒有天狼星亮;實際上,大角星比天狼星更亮,其亮度是太陽的110倍?!?/p>

據(jù)悉,2024年,中天恒星會繼續(xù)優(yōu)化基于“天狼星”架構(gòu)的GPU。2025年,將量產(chǎn)第二代GPU架構(gòu)“大角星”。

國產(chǎn)自研“天狼星”GPU架構(gòu)的推出,無疑推動國產(chǎn)GPU芯片朝前邁出一個新的高度。

當前,美國對中國的科技打壓仍在繼續(xù),對中國限制供應高端GPU芯片的打壓不會減弱。國內(nèi)的國產(chǎn)替代處在深入推進期,國內(nèi)下游應用市場采購國內(nèi)自主可控的芯片的自主性和迫切性更強,這進一步激發(fā)中國企業(yè)自研GPU芯片的熱情,為國產(chǎn)GPU的發(fā)展提供了巨大的助力。

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