详解3NX-NNA，升级5大核心带来哪些改变？
2018年可以说是AI芯片的爆发之年，以手机市场为例，芯片厂商对付AI能力的宣扬力度已经逐渐超过了传统的CPU和GPU性能。不少业内专家认为，在手机性能过剩确当下，未来手机芯片的竞争焦点将是AI功能。
目前包括高通、华为、联发科、紫光展锐在内的手机芯片公司纷纭押宝AI功能，并在手机SOC中加入神经网络打算的硬件加速器。业界最大的两大知识产权（IP）供应商ARM和Imagination自然也不会缺席。
ARM此前就发布了其第一代机器学习处理器架构“Trillium”，将DeePhi神经网络压缩技能、FPGA的可编程性，以及DSP的低功耗处理能力聚合在一起。
而Imagination则在2017年就发布了环球第一款神经网络加速器PowerVR®2NX NNA（简称2NX），这是一个专门做人工智能硬件加速的IP。作为独立的神经网络加速器， 2NX不须要跟CPU、GPU绑定，既可以赞助加速，也可以独立存在。
Imagination产品部资深总监Neal Forse透露，去年2NX发布后在业界反响非常好，目前已经有两家中国手机厂商签约采取这款IP。
从左到右依次为：
Kristof Beets, Imagination Technologies PowerVR产品管理和技能营销高等总监
Neal Forse，Imagination Technologies视觉和人工智能产品管理高等总监
David McBrien，Imagination Technologies发卖和市场营销实行副总裁
刘国军（James Liu）, Imagination Technologies副总裁兼中国区总经理
Graham Deacon，Imagination Technologies PowerVR图形处理商务运营副总裁
2018年12月4日，Imagination在深圳举行了一年一度的技能互换会。在这次互换会上，Imagination推出了几款具有新特性的IP，个中就包括基于2NX根本升级的PowerVR® 3NX NNA（简称3NX）。以及三款新的GPU系列，包括PowerVR® 9XEP、9XMP、9XTP。
据先容，3NX紧张针对四大运用市场，包括移动打算（手机、平板），智能安防，消费电子，汽车自动驾驶。个中自动驾驶将是3NX接下来发展的重点市场。
3NX AX3595的多核演进图
比较2NX，3NX有哪些性能上的提升呢？笔者总结了几点：
第一，IP核心数增加。比较2NX的AX2145和AX2185，3NX增加到了5个核，这带来了强大的性能提升。
这5个核心包括AX3145、AX3385、AX3365、AX3595以及一个低端核。个中AX3145的单核算力达到1.2TOPS，AX3385为5 TOPS，AX3365为2.4 TOPS，AX3595为10 TOPS，最低端核为0.6TOPS。
3NX在PPA上的提升
犹如CPU、GPU的多核办法，3NX支持多核办法，多核办法带来的好处非常多。首先是性能上，通过多核办法，3NX最高可达到160TOPS的算力，如此高的算力将在汽车等高端运用上产生浸染。
“和上一代比较，性能提升了70%，效率提升了40%。功耗降落了40%，带宽降落了35%。” Imagination Technologies视觉和人工智能产品管理高等总监Neal Forse表示，之以是能做到这一点，紧张是由于采取了新的无损压缩算法。
3NX-F 可编程的扩展性
3NX系列其余一个关键特性是可编程的拓展性，因此这里叫3NX-F，F代表灵巧性。通过增加可编程的扩展性来优化硬件，这样做的目的是让客户实现差异化设计。比如可以让客户不断加入新的技能，如神经网络等，还可以构建一个Open CL的内核。
除了高性能之外，也别忘却了3NX还有一颗低真个0.6TOPS核，这颗核心使得3NX可以实现低功耗的物联网运用。对付一些对功耗和本钱比较低的运用，如大略的人脸识别等。还有一些你可能想不到的运用，比如在国外有用3NX来检测街上的流浪汉，避免在冬天这些人被冻去世。Neal Forse表示，对付帧率哀求较低的IOT市场，以及低功耗、广域网的运用，功耗可以做到非常低，可以实现毫瓦级别的功耗。
作为独立的神经网络加速器，NNA也常被人拿来和寒武纪、地平线等供应XPU的算法公司进行比较。Neal Forse对此没有正面回应，只是表示“我们喜好这样的竞争”。他同时认为，每家AI厂商的出发点都不一样，竞争对手可能用可编程的架构、DSP做神经网络的方案，再加上指令集。而imagination的做法是通过打算优化的方案，看如何通过最优的打算引擎来把神经网络映射到硬件上。“我们的优化是来自线下的编译，而不是在线的实行。”
9X EP、9XMP、9XTP，不管玩什么游戏，总有一款GPU适宜你
PowerVR® 9XE 9XM 9XT
前面说了这么多关于人工智能的新IP先容，但不管怎么说Imagination毕竟以前专门给苹果供应GPU，GPU还是其主打的拳头产品。Imagination的GPU产品线包括PowerVR® XM、XE和XT系列，比较其他竞争对手，PowerVR®系列最大的上风是性能高、功耗低。
PowerVR® 9XE 9XM 9XT紧张特性
2017年，Imagination推出了两款PowerVR® GPU产品Series 9XM与9XE，为价格低廉的产品也带来了绝佳的图像体验。这次新品发布会上，Imagination PowerVR®业务部副总裁 Graham Deacon先容了三款新IP，包括PowerVR® 9XEP、9XMP、9XTP，分别对应不同市场。
9XEP紧张关注在低端手机以及数字电视市场，为硬件设备上的GUI以及HMI供应最佳体验，包括休闲游戏等运用。其特点是可在最小面积上供应最高的添补率。9XEP可以达到每个时钟1-8个像素添补率， 每个时钟16-64个FP32 OPS。
采取前代PowerVR®技能的数码相框产品
这个行业更看重用户界面而非游戏性能，哀求更高的分辨率。其余数字电视也越来越多采取神经网络来进行语音识别、面部识别、安全特性等运用。机顶盒市场比较看重本钱，估量整机价格在40~50美金旁边，对付SOC的本钱哀求很高。
采取前代PowerVR®技能的车载中控产品
此外，9XEP还可以广泛运用于车载中控系统。现在高端汽车可能有5~6个显示屏，除了车载显示屏，在举头显示、电子后视镜等领域都将开始采取显示屏。
采取前代PowerVR® 技能的面部识别demo
以汽车中常见的运用为例，比如“车道偏离警示”大概须要10个GFLOPs，低性能GPU可以支持这样的性能哀求；但是“行人预测”就须要很宽的性能哀求，至少须要100个GFLOPS，这些都对GPU提出了更高哀求。
▲图为采取9XMP与三星S9+以及华为Mate10 Pro游戏画面的比拟，可以看到细节和比拟度的差异
9XMP紧张是关注游戏以及中端手机市场。其特性是在最低的面积有最好的打算能力，同时还担保本钱。紧张是关注游戏的性能密度和加了干系的分外特性，它的处理数量是每时钟4-8个像素，128-256 FP32 Ops。和上一代比较，9XMP在性能密度方面提升了45%，通过增加性能密度的办法改进游戏性能，同时加入专用的纹理缓存以及视觉无损压缩技能（PowerVR® PVRIC4），确保带宽降落50%。
▲图为9XEP、9XMP、9XTP的画面细节比拟
▲PowerVR® PVRIC4第四代视觉无损压缩技能
9XTP可以说是这次发布的旗舰型产品，紧张关注最高真个游戏体验。9XTP每时钟可以超过192FP32 Ops，架构可扩展，可以在最低的面积实现更好的算力。
9XTP聚焦于高功效和高性能，有50%配置方面的改进。9XTP同时采取PVRIC4的压缩技能，可实现视觉无损压缩，可以担保内存的带宽降落50%。
9XEP和9XMP IP Core紧张采取PowerVR® Rogue架构，这个架构在2010年推出，已经非常成熟和成功。
GPU需求和市场趋势
Imagination PowerVR®业务部副总裁 Graham Deacon认为，除了高真个GPU，实在客户对付低本钱的嵌入式GPU需求量也很大。须要更高的性能和特性，但是哀求系统本钱更低，因此必须供应高密度、低带宽、低功耗、低SOC芯片面积的产品。Imagination的一大上风是可根据客户需求来定制GPU，同时供应更好的灵巧性、可扩展性等差异化成分。
AI没想象中强大，GPU+AI更适宜提升系统能力
值得一提的是，对付AI硬件加速器的需求增加，是否会对GPU的需求降落呢？Imagination如何在两种IP之间取得平衡？
对付这个话题，Neal Forse认为这两者是互补的，这也是为什么Imagination在发布GPU的同时也发布NNA。
比如一些低真个产品可能只须要通过GPU来进行一部分AI的打算，而一些高真个产品则采取专门的硬件加速器来做处理。
Neal Forse表示，在发展AI运算的过程中，异构性一贯是Imagination拥抱的策略。他认为目前深度学习算法存在很大问题，只是做大略的感测识别，无法进行进一步的推理。未来神经网络的性能评价标准将不一定是打算效率的提升，而是机器学习效率的提升。
此外，传感器领悟也是未来人工智能的一个发展方向。未来可能每个传感器都会对应一个NNA的引擎，再加上AI数据剖析。这样可以大大降落终真个数据处理压力，进一步提升打算结果。
人工智能的未来将如何发展？实在从目前来看业界对付人工智能的关注度过高，但实在AI并没有预想中的那么强大。真正的强人工智能——机器拥故意识，并能够基于认知推理作出决策实在现在业界根本还没摸到边，并且未来技能发展有赖于5G等通信技能的遍及。
那么现在的弱人工智能，实在最大的用途是进一步用来增强系统的能力，而非将其作为有一个核心卖点。在现有的芯片封装密度下如何让其得到机器学习的能力？Imagination给出的方案显得比较靠谱，那便是同时供应高性能的GPU和神经网络加速器。
通过GPU来处理AI运用中的可视化操作，比如图像识别和排序、手势识别驱动接口以及实时视频剖析等。而神经网络加速器NNA则用来为高等推理和边缘数据处理供应硬件加速。如此一来，客户可以根据自己的需求各取所需。
汽车行业“老司机”，Imagination能否对标Nvidia?
总结一下，这次发布会Imagination发布了针对AI和视觉的神经网络硬件加速器PowerVR 3NX NNA；同时还发布了三款新品GPU，分别是PowerVR 9XEP、9XMP、9XTP，基本上从低端到高端运用需求全覆盖。
其余，作为苹果曾经的GPU供应商，Imagination在手机移动领域的市场地位非常高，目前采取Imagination干系IP的手机客户每年发布上亿颗芯片，可以说与ARM和高通三分天下。
不过随着手机市场近些年的下滑趋势，Imagination也在积极开拓新的市场，比如汽车市场。
Imagination Technologies发卖和市场营销实行副总裁David McBrien表示，Imagination多年来一贯在为汽车行业供应各种IP模块，实在Imagination和TI、瑞萨等互助伙伴在汽车仪表盘领域已经霸占50%的市场份额。
2018年PowerVR®的汽车硬件产品之一是PowerVR® 8XT-A GPU，它支持SoC设计职员所需的增强规复和可靠性功能，以得到针对数字人机界面（HMI）和自动驾驶汽车的处理器的汽车安全认证（AVS）。Imagination打算通过量身定制的办理方案连续扩展其PowerVR®汽车硬件IP产品组合，除了明年会推出另一款汽车级GPU IP之外，还将供应支持ASIL的NNA，而这又可以与PowerVR® 8XT-A GPU和其他处理模块稠浊搭配。
除此之外，Imagination还宣告推出PowerVR® Automotive完全产品套装，以促进汽车半导体行业的增长和加速。PowerVR® Automotive结合了硬件知识产权（IP）、软件、工具、文档和长期支持五大基本要素，随着汽车行业迈向全自动驾驶，其可支持市场中的现有客户和新进入者以知足行业的安全标准和性能哀求。
很明显，Imagination未来在汽车领域对标的是Nvidia，其未来目标是将GPU和NNA放入更多tear 1的汽车供应商采购列表中。
作者：芯智讯-李坚
