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从国产大飞机C919上的国产GPU看GPU的架构设计

常驻编辑 科普中国 2022-06-10 架构   角形   英伟   光栅   线程   指令   单元   领域   结构   硬件
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基于UML的三角形光栅化扫描结构及光栅化扫描方法,涉及一种基于UML的三角形光栅化扫描结构及光栅化扫描方法,包括:数据获取模块,用于获取三角形数据信息;三角形扫描模块,用于根据三角形数据信息对三角形进行扫描,并根据扫描结果获取有效坐标数据;三角形光栅化模块,用于根据有效坐标数据对扫描后的三角形进行光栅化。本发明提供的基于UML的三角形光栅化扫描结构,集成有数据获取单元、三角形扫描模块和三角形光栅化模块,数据获取单元、三角形扫描模块和三角形光栅化模块之间的数据传输通过UML的端口实现,使得X轴扫描与Y轴步进能够并行执行,降低了三角形光栅化的复杂度,改善了三角形光栅化扫描结构的扫描性能和速度。9se拜客生活常识网

Intel 在图形领域始终无法超越NVIDIA9se拜客生活常识网

GPU硬件结构精密复杂,是长期技术演进的结果。高级图形处理步骤较多,包括顶点处理、光栅化、纹理贴图等步骤,给予支持的是底层精密复杂的硬件结构。从英伟达2010年正式推出第一个完整的GPU计算架构Fermi以来,已经迭代5次,每一次都是对硬件的升级与改进。9se拜客生活常识网

而且,英伟达针对不同的领域、不同的应用场景推出了不同的GPU架构。9se拜客生活常识网

同时,算法与生态是GPU的软实力。GPU图形渲染需要用到计算图形学,计算图形学是一门复杂的学科,涉及数学、物理等多种知识。模拟真实世界是十分困难的,树叶抖动、头发丝被风吹起、水波荡漾这样看似平常的场景,在计算机上实现的背后是大量的图形算法。软件生态是GPU厂商的重要竞争屏障。一方面,英伟达与行业伙伴形成商业合作或者互相授权;另一方面,英伟达推出供软件开发人员使用的CUDA平台,形成开发人员社区生态,截至2020年,CUDA已经成为全球高级图形处理和AI计算的权威,使英伟达成为全球GPU龙头。9se拜客生活常识网

算法上,图形处理算法涉及模拟真实物理世界,需要考虑物理、数学等多种问题。GPU比FPGA和ASIC技术更难。功能上,GPU兼具图形显示与AI计算,性能更强。算力上,GPU内核算力更强,GPU做图形渲染需要双浮点精度,而仅用于AI计算的FPGA和ASIC最多只需要单浮点精度。9se拜客生活常识网

Intel早在1997年就曾研发GPU,当时通过收购C&T获得2D显示核心技术,3D技术源于拥有20%股权的Real3D。1998年,依靠Real3D的技术,Intel推出了第一款独立GPU i740,但后来因为研发结果不理想等原因,未再继续研发独立GPU。9se拜客生活常识网

2007年,看到英伟达开启GPGPU战略、推出CUDA,英特尔为保持优势,计划重新推出独立GPU产品Larrabee,但由于研发进度不及预期、性能不佳等原因,Intel于2010年5月宣布取消独立GPU研发计划。9se拜客生活常识网

Intel二十多年多次研发GPU,屡屡未能成功。9se拜客生活常识网

直到2021年8月,Intel宣布推出面向游戏玩家的Xe-HPG架构Alchemist GPU;以及面向数据中心的Xe-HPC架构GPU芯片Ponte Vecchio。2022年3月,Intel才正式发布了Intel Arc A系列移动端独立显卡。9se拜客生活常识网

结语9se拜客生活常识网

GPU设计是一项系统工程,不仅仅包含硬件架构,还包括算法和软件生态等多个方面,缺一不可。相对FPGA和ASIC,不论是从功能上,还是硬件上,GPU设计难度都更高。9se拜客生活常识网

HKM9000 GPU图形处理器已经顺利通过民用大飞机C919座舱显控系统的联试验证,转入适航认证阶段。中国国产大飞机C919也预计在2023年首批交付、2025年量产50架。9se拜客生活常识网

除了专用航空领域研发HKM9000 GPU的翔腾微电子,当前,中国商用市场也出现了景嘉微、芯动科技、壁仞科技、摩尔线程和沐曦等GPU公司。9se拜客生活常识网

期望国产GPU不仅仅在设计和应用上创新,更在GPU底层架构上出现更多的自主突破。9se拜客生活常识网

参考9se拜客生活常识网

中国航空新闻网;9se拜客生活常识网

NVIDIA官方文档(需要GPU架构资料的可联系我们或者作者);9se拜客生活常识网

武汉大学计算机学院智能计算系统实验室:9se拜客生活常识网

https://blog.csdn.net/weixin_51971301/article/details/1247036779se拜客生活常识网

迪捷软件:9se拜客生活常识网

https://blog.csdn.net/digi2020/article/details/1243773519se拜客生活常识网

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