Tegra X1架構分析：CPU這是咋回事兒？

本文轉自驅動之家

過去每一年開頭的CES大展上，NVIDIA都會帶來新一代的Tegra移動處理器。盡管過去兩代表現一般，但是黃仁勛還是親自登台，推出了全新的Tegra X1。

【GPU：強大的麥克斯韋】

首先，NVIDIA是一家GPU公司，因此無論在案頭還是移動市場上，都對GPU異常重視。去年的Tegra K1首次引入了與案頭平級的開普勒架構，192個流處理器帶來了驚人性能。今年的Tegra X1則進一步升級為麥克斯韋架構，流處理器也增至256個。

換句話，去年用的是一組陣列(SMX)，今年則是兩組(SMM)！隨之而來的是，紋理單元、ROP單元也都大大增強了，均有16個，尤其后者翻了兩番，對於驅動4K 60Hz顯示有很大好處。

從初步測試結果看，Tegra X1 GPU性能依然彪悍，可以輕鬆搞定蘋果A8X裏八核的PowerVR GXA6850。

在時間上，開普勒誕生了將近兩年才走入移動平台，麥克斯韋架構只用了一年。更確切地，Tegra X1用的是第二代麥克斯韋架構，而它在案頭上才出現了一個季度多點而已。

這也明，NVIDIA的新架構從一開始就為移動平台進行了同步優化，所以我們才屢次看到麥克斯韋的能效是那麼高，功耗是那麼低。

新架構的諸多圖形技術也被帶了過來，包括更高效的CUDA核心、更簡練的SMM陣列、第三代Delta色彩壓縮、保守光柵化算法、體積區塊資源(DX11.2)、多幀抗鋸齒(MFAA)等等。

更重要的是內存頻寬，這一直是限制移動SoC的瓶頸，傳統方法就是增加位寬，但會大大提高複雜度和成本。

Tegra X1還是停留在64-bit位寬，但是大大增強了內存壓縮，包括剛才的第三代Delta色彩壓縮，以及新的端到端壓縮。再輔以新的LPDDR4(頻率可達1600MHz)，內存頻寬基本不是問題。

然后值得一提的就是半精度FP16的支持，NVIDIA稱之為“雙倍速FP16”(Double Speed FP16)。

和開普勒一樣，麥克斯韋架構也只有專門的單精度FP32、雙精度FP64 CUDA核心，並沒有給FP16分配獨立資源，只是在操作方式上做了改變。

Tegra K1 FP16操作會被給予和FP32相同的待遇，每一個都交給FP32 CUDA核心處理。Tegra X1上如果條件允許，則會將兩個FP16合併成一個Vec2，交給單獨一個FP32 CUDA核心去處理。

這裏的前提是兩個FP16操作屬於同一類型，比如都是加法或者乘法，甚至是乘加運算(FMA)。

所以，NVIDIA宣稱的原生支持FP16並不完全準確，只不過耍了個花招而已，比對手還是差一些。ARM Mali、Imagination PowerVR都有獨立的FP16單元，AMD GCN 1.2版也會引入。

FP16在安卓的顯示合成裏使用非常多，游戲裏也能看到，但更重要的是，它還能參與圖形計算，比如圖像識別什麼的，比如Drive PX車載平台裏就需要它。

具體頻率還是沒有公佈，而按照NVIDIA的1TFlops FP16浮點性能，那麼應該是1GHz(1GHz×2FP16×2FMA×256＝1TFlops)，比去年略微高了一些。

FP32單精度浮點性能為512GFlops，比去年提高了40%。

【CPU：為啥不用自主架構？】

Tegra K1去年先是使用公版的四核A15，然后終於用上了NVIDIA自己苦心研發多年的64位自主架構“丹佛”，按理今年只能是丹佛的增強版，甚至上四核，但結果卻是四核A57加四核A53這種大路貨。

究竟發生了什麼？可以從路線圖的變更上揣測一番。

Tegra K1的開發代號是“Logan”，金剛狼洛根，它之后本來應該是“Parker”，另一位超級英雄蜘蛛俠帕克，是會有丹佛架構CPU、麥克斯韋架構GPU、(16nm)FinFET製造工藝。

但去年3月底的時候，NVIDIA將其改成了“Erista”，金剛狼的兒子，而且只標注了麥克斯韋GPU架構，CPU和工藝根本不提。

如此一來就很好了：計劃不如變化，台積電的16nm FinFET工藝雖然速度很快，但還是無法滿足NVIDIA的進度要求，只能退而求其次，先用20nm的頂一陣子，相當於臨時加了一步棋(要這代號也取得很妙)，這樣時間上自然很緊迫，照搬公版架構就在情理之中了。

按照目前的跡象，Tegra X1應該會只有這一個版本，更美好的事情得等明年。

具體來，Tegra X1 A57核心搭配了2MB共享二級緩存，每個核心還有48KB一級指令緩存、32KB一級數據緩存，A53核心則共享512KB二級緩存，同時每個核心有32KB一級指令緩存、32KB一級數據緩存。

不過，NVIDIA並沒有使用ARM big.LITTLE雙架構體系、CCI-400互連匯流排，而是自己設計了互連匯流排，還讓全部八個核心可以同時運行，系統和應用可以隨意調用。

而且，該系統是緩存一致性的，所以不會像類似方案那樣損失功耗和性能。

NVIDIA宣稱，Tegra X1的能耗比與三星Exynos 7410是齊平的，同等功耗下性能高出40%，同等性能下功耗少50%。——兩家都是20nm。

內存支持從LPDDR3升級為LPDDR4，位寬仍然是64-bit，峰值頻寬從14.9GB/s增至25.6GB/s，能效也提升了大約40%。

最大內部分辨率也從3200×2000@60Hz增強到了3840×2160@60Hz，並支持VESA顯示流壓縮。

外部顯示方面支持HDMI 2.0、HDCP 2.2，意味可以搞定4K@60Hz，而上代只有4K@30Hz。

ISP JPEG編碼解碼速度加快了4倍，同時新增4K@60Hz H.265(10-bit)、VP9解碼，但是編碼僅支持4K@30Hz H.265。

H.264、VP8解碼也都提升到了4K@60Hz。

哦對了，存儲支持eMMC 5.1。

最后的最后，功耗。這是一個很敏感的問題，NVIDIA乃至几乎所有廠商歷代都在刻意迴避，從不公佈具體的功耗指標。這一次NVIDIA也只是能效比上代提高了一倍。

據Tegra X1現場展示的需要大約10W，其中GPU非常低，電老虎還是CPU部分。