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紧跟苹果:三星也自主设计GPU,是为什么?

摘要:前段时间,一直有消息称韩国电子巨头三星即将自主设计GPU图形处理单元,为此不仅有招聘信息侧面证明,更有不少熟知内情的人士爆料了诸多项目的细节。如果这是事 ...

前段时间,一直有消息称韩国电子巨头三星即将自主设计GPU图形处理单元,为此不仅有招聘信息侧面证明,更有不少熟知内情的人士爆料了诸多项目的细节。如果这是事实,说明未来三星将有望推出一款性能芯片完全自主操刀的智能手机,就像苹果iPhone目前所采用的A系列芯片一样。

目前三星的自主GPU是什么情况呢?

有的分析认为,多年之前三星可能就一直酝酿GPU开发项目了,并且可能已经开发到一定的程度,只差一个严肃而庄重的亮相时刻而已。不过,根据最近一份来自EE Times的报道判断,三星开发自主GPU目前还处于规划阶段,也就是绘制蓝图阶段,还未有非常实质性的进展。

当时这篇报道称,三星自主开发的GPU将采用全新的架构,而且将会是10年以来颠覆行业级别的新架构。负责新架构设计的领导者是前Nvidia的工程师Chien-Ping Lu,曾开发过nForce IGP,也在联发科呆过。关键是,新架构将让三星GPU可以与苹果抗衡,并且由于架构提供超出色的能效比,每瓦性能最高,对高通而言又非常具有超强破坏性。

不仅如此,三星的GPU架构适用范围广泛,手机、汽车、超级计算机都可以用。很明显,这些看起来夸张的宣传,一般都基于未亲自验证过成品初步分析,所以说这些可能只是三星目标而已。而且报道还表示,明年年中这个时间点,三星就能发布自主GPU了,这点更让人怀疑。

不管怎样,三星肯定有自己的目标和时间表,而在看到成品之前,现在我们更关心的问题是,三星自主设计和研发GPU是为什么?

立下与ARM的谈判筹码在花钱多与少之间权衡

三星自主设计GPU的念头可能早在2015年就萌芽了,当时3月底有消息称三星正考虑收购传统芯片设计厂商AMD,而且兴趣浓厚,目的是拿下GPU IP(知识产权),增加机遇自研GPU让自己处于更有利的位置。毕竟自从AMD陷入困境之后的那些年,各大巨头包括苹果、高通等都开始从AMD挖走人才。

紧跟苹果:三星也自主设计GPU,是为什么?

不过,到了2015年6月,三星收购AMD研发GPU的传闻不攻自破,因为三星与ARM签署了一项有关GPU的长期技术合作协议,明确所有三星自家的Exynos芯片长期都会采用来自ARM的Mali GPU产品,包括从Midgard到最新的Bifrost架构和Mali-G系列GPU。

当然了,所谓“长期”协议,外界并不知道多少年,也许5年的期限是一个合理的期限。如果这个期限不假,这意味着该协议可能将在2020年年中到期。基于此,如果三星选择续期,那么在与ARM进行新一轮授权谈判之前,三星可能只是在故作姿态。但是也不排除三星不签了,毕竟有一个后备计划相当重要,任何协议在之前双方都不清楚是不是自己想要的协议。

除了争取与ARM谈判授权协议更有利之外,省成本应该是另一大因素。三星半导体业务已成为整个集团盈利的重要组成部分。因此,随着智能手机出货量逐渐放缓以及利润率的不断下滑,如果三星能够自主生产包括显示屏幕、内存、闪存和性能芯片在内的所有组件,那么三星的智能手机业务仍有望保持非常高的利润率。

不过,由于任何一家大企业对公司内部的支出都会有严格的审核,三星对半导体业务的支出也不例外。所以,三星必然会在自主研发、授权许可和专利费用这些方面进行权衡,因为不少手机内部组件研发设计并不便宜,尤其是从头开始。如果三星内部认为自主研发GPU从长远来看效益更高,那么三星必然会在ARM协议到期后坚持这条路。

或许性能是王道

正如前述,由于智能手机市场的利润率不断下降,能否自主研发关键组件越来越关键。对于三星而言,Exynos芯片必然在公司盈利能力中扮演越来越重要的角色。不仅如此,有了自主研发的芯片,三星同样会获得更高的声誉,至少可以证明三星也是十分出色的半导体设计者,有能力与高通和苹果等公司形成直接竞争。

因此,拿出一款能够与竞争对手一较高下的高端产品至关重要,毕竟如今移动设备对性能的需求越来越高了,不只是手机游戏,还包括行业普遍看好的移动VR虚拟现实和AR增强现实。但目前三星旗舰的GPU性能还不够强大,至少从GFXBench记录的跑分数据来看,ARM的Mali GPU表现平平。

苹果的A11在自主研发GPU的情况下,2K分辨率的Manhattan场景可以跑出38.5fps,1080p为67.4fps。而三星Exynos版Galaxy S9的Mali-G72在同一场景下,2K仅为26.3fps,1080p也只有46.8fps。其实这与上一代Galaxy S8相比差距不大,因为S8集成的Mali-G71 GPU在2K下也跑出了25.7fps,1080p甚至为更高的48.7fps。

很显然,三星所采用的ARM GPU在性能上还很难与苹果A系芯片的GPU较量,更不如高通的Adreno GPU。要知道,骁龙845集成的Adreno 630 GPU提升显著,并且在很多方面比苹果为针对iPhone设计的GPU更强。另外,由于三星旗舰通常有高通和Exynos两个版本,因此不同的GPU也造成了旗舰性能不一致的情况。

紧跟苹果:三星也自主设计GPU,是为什么?

ARM在公布新一代Mali-G76 GPU时承诺,将会带来30%的能效提升,但在能能效提升的情况下,性能却只会带来大约1.5倍的提升而已。但即便如此,等到三星下一代旗舰用上Mali-G76,那也只能与iPhone X的GPU性能缩小差距而已,真正全面超越还谈不上。但如果三星拿出自主GPU,并能在高端市场更上一层楼,相信谁都会对其刮目相看。

三星不是没有尝到自主设计芯片的好处,目前三星最重要的Exynos芯片中就有自主定制的Mongoose CPU核心,该CPU内核性能的提升显著,领先于各路采用ARM公版架构的芯片,虽然实际领先不多,但跑分却高不少。但是,GPU方面三星仍只能依赖于ARM的产品线,所以在ARM落后的情况下,三星也没有其他选择。所以,要想GPU性能达到想要的水平,自主设计GPU必然是最佳选择。

不只手机需要GPU

智能手机市场会是三星自主GPU最合理的切入点,但这并不意味着手机是三星唯一考虑的市场,开头爆料也提到了,三星这枚GPU适用于多平台。考虑到三星是一个大集团,旗下消费电子产品数不胜数,包括智能冰箱、智能洗衣机还有顶级的OLED电视机等等。这些产品只要对图形处理有需求,就一定有自主GPU可以发挥的地方。

很多传闻认为,三星自主GPU可能会从低端产品开市场始,如果这点没错的话,三星首先瞄准的应该是物联网和智能家居领域,将GPU与这些市场的产品紧密结合到一起。同时,三星也有智能手表产品线,自主研发的GPU肯定也会对该产品线起到重要作用。

此外,在对象检测和机器学习等新兴领域,GPU的处理性能已变得越来越重要,因为GPU能够比CPU以更快地速度并行处理数据,这对于三星而言也可以是一个更长远的目标。而在汽车和家庭安全领域,目前也有越来越多的细分市场,自主定制GPU同样可以让三星从中获利。

再回到对智能手机的方向上来,我们都知道,迄今为止三星的旗舰智能手机都未集成专用机器学习处理单元,而是依靠GPU和视觉处理单元来处理这项任务。所以,自主定制的GPU除了可以提升图形性能外,还能够帮助三星更有效地在手机的机器学习方面发挥关键作用,包括加速特定的应用程序和指令。

紧跟苹果:三星也自主设计GPU,是为什么?

平常心看待三星自主设计GPU这件事

总之,三星设计自主GPU可以有很多理由,并且大多利大于弊,有助于三星保证利润率,削减授权许可费用的支出,大大缩减成本,甚至有助于三星开拓新领域的市场等等。同时,当有越来越多的自主GPU出现在市场上相互竞争,也有利于整个行业的更快的成长。

然而,自主GPU设计并非一朝一夕就能完成的事情,通常需要多年技术积累和大量的研发投入,特别是打造高端自主GPU,自主GPU不是说做就能做成,包括苹果亦是如此。所以,三星自主定制GPU这件事情尚无任何定论,可能三星早就已经开始做了,开花结果仍言之尚早,但也可能三星仍在规划蓝图,甚至不排除最终认为这是个亏本投资而放弃。

话说回来,三星如何像苹果那样避开侵犯专利而自研GPU也是个问题。回想2015年时三星之所以与ARM签署的长期技术协议,当时的背景就是三星和Nvidia正在打官司,其中涉及很多图形技术领域的专利,这场官司直到2016年才达成了和解。如果协议到期三星不继续与ARM签约,而是推出自主GPU,ARM会不会反过来与三星打专利战呢?

无论如何,商场如战场,企业的生存几乎以利益为先,在三星官方未证实自研GPU之前,我们只要以平常心来看待即可。


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