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你的GPU跑得慢，真凶竟是SIMT架构下的分支发散——选对计算架构才能榨干性能

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04-16 14:27

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三星电子成功开发自主GPU... 扩展AI生态系统据确认，三星电子计划于2027年推出搭载自主研发图形处理单元（GPU）的应用处理器（AP）“Exynos 2800”（暂定名）。GPU是一种负责图形处理和人工智能（AI）计算的芯片，被视为决定AI手机等设备性能的关键半导体。三星电子计划将搭载自主GPU的Exynos AP的应用范围扩展至设备端AI平台——如智能眼镜、自动驾驶车辆软件以及人形机器人——以提升产品竞争力。据半导体行业25日消息，三星电子系统LSI事业部计划到2027年开发出使用自主架构设计的GPU，并将其应用于AP“Exynos 2800”。架构是指GPU执行计算的方法，而设计则是将这种计算方法落实到半导体中的任务。全球仅有极少数公司，如Nvidia、AMD、Intel和高通，能够使用自主架构设计GPU。目前，系统LSI事业部已成功将使用合作伙伴美国AMD架构的自研GPU安装到最近发布的Galaxy S26用AP“Exynos 2600”上。AP是一种系统级芯片（SoC），充当电子设备的“大脑”，包含GPU、中央处理器（CPU）、调制解调器芯片以及控制它们的接口。三星电子着手内部化移动GPU，是因为在AI时代，负责设备内图形和AI计算任务的GPU重要性日益增加。GPU利用“并行计算”的优势，能够同时处理多项任务，是绘制屏幕上几乎所有可见内容的半导体。它处理AP内的视频播放、图像合成/生成等任务，还扮演AP上搭载的神经处理单元（NPU）计算的“辅助AI加速器”角色。这也是Nvidia将GPU作为AI加速器关键组件的原因。一位半导体行业人士解释称：“三星要扩展设备端AI设备生态系统，必须及时获得针对特定设备的GPU供应，”并补充道：“尤其是，与自家软件实现完美的‘优化’需求极大。”成功开发自主GPU架构和设计，被视为公司跻身无可争议的AI半导体专业无晶圆厂（专注于半导体设计）公司行列。以自主GPU开发为跳板，三星电子还计划扩展应用特定集成电路（ASIC）业务，该业务类似于美国博通，为外部客户设计芯片。过去2至3年，三星电子美国半导体部门最努力招聘的工程师是图形处理单元（GPU）专家。基本年薪标准为3亿至4亿韩元，外加奖金，而拥有经验和专长的资深工程师年薪超过5亿至10亿韩元。最近，被视为世界级GPU专家的前AMD副总裁John Rayfield以这种方式加入三星。这种非常规待遇有其原因。过去，GPU仅限于智能手机中的图像处理和游戏运行角色。三星直到2021年也依赖英国Arm。随着AI时代的开启，它已成为设备内实现生成式AI的不可或缺芯片。三星电子判断不能依赖外部来源，于是与美国AMD启动技术合作，并最近获得“GPU独立”的信心。这就是决定于2027年推出搭载自主GPU的应用处理器（AP）“Exynos 2800”（暂定名）的背景。○ 相当于2-3粒米大小的先进芯片据半导体行业25日消息，GPU大致分为AI数据中心用服务器型、PC用桌面型以及智能手机用超小型移动型。Nvidia控制服务器市场约90%，而苹果和高通等公司拥有智能手机等移动产品的自主技术。三星基于通用GPU无法完全实现AI功能的判断，决定内部化GPU。即使通用GPU自身性能出色，但由于需跨各种品牌和设备运行，无法与三星软件实现完美的“优化”。由于功能需适应各种任务，在芯片运行过程中会浪费电力和计算能力。另一方面，使用自主GPU可针对三星所需特定任务和功能进行专业化。这就是过去使用Nvidia AI加速器的谷歌、亚马逊和Meta等大科技公司着手内部化AI加速器的背景。由于移动GPU无法连接服务器且需依赖电池运行，“低功耗”是基础，还需高难度技术如“实时图像处理”。特别是，图像处理、游戏运行和AI计算等多样功能必须容纳在相当于2-3粒米大小（10-30㎟）的芯片中。三星逐步开发了游戏机（游戏专用计算机）和桌面等中大型设备的GPU。随后，通过实现低功耗和软件优化，全面启动GPU技术内部化尝试。据悉，2017年建立的美国三星系统半导体研究基地“SARC/ACL（Samsung Austin Research Center/Advanced Computing Lab）”在自主GPU开发中发挥了关键作用。○ 应用于智能汽车和人形机器人通过充当设备“大脑”的AP集成，移动GPU可应用于所有无需互联网连接即可独立运行的AI设备类型。例如，自动驾驶车辆需以高达100fps（每秒帧数）处理来自5-6个摄像头和10-20个传感器的实时信息。这相当于每秒眨眼100次。即使在识别行人、交通灯或车道时稍有延迟，也可能导致大规模致命事故，因此需要此类高性能GPU。机器人如果GPU无法正常运行也会瘫痪。这是因为机器人中的GPU负责通过摄像头接收的信息转换为图像的“认知功能”。从AI手机起步，三星计划向其设想的AI生态系统主要平台——如智能眼镜、自动驾驶车辆信息娱乐系统以及人形机器人——推广搭载自主GPU芯片的AP供应。积累业绩后，将全面启动根据客户订单创建“定制芯片”的应用特定集成电路（ASIC）业务。三星电子系统LSI事业部有望成为“第二个博通”或“第二个Marvell”。一位半导体行业人士预测：“最近，在三星晶圆代工之后，包括无晶圆厂在内的系统半导体业务正常化正在加速，”并补充道：“自主GPU开发的成功，将成为系统LSI事业部跻身世界级无晶圆厂公司行列的起点。”

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