CPU+GPU=UPU：中微电全新处理器架构问世!

随着视频处理增多，CPU和GPU的融合成为一种趋势。深圳中微电科技有限公司(ICube)创新了一种“中国芯”——UPU（和谐统调处理器，unified processor unit）技术，特点是把CPU和GPU两种异质核统一在一个芯核内，并采用独有的不牺牲效率的多线程技术。

图1CPU+GPU的演进图 (MVP是multi-thread virtual pipeline，多线程虚拟流水线)

中微电不仅提供UPUIP，还提供芯片，其IC1是第一个基于UPU的移动系统芯片，已于去年推出工程样片^[1]，主频600MHz，是双核-8线程。预计明年底推出IC2芯片，主频1GHz，四核-16线程。去年，中微电还与深圳一家公司联合申请了国家的核高基项目。

GPU与CPU的融合
把CPU和GPU真正的融合在一个芯片里，这种融合不仅是硬件的融合，还有软件和完整的工具链，例如中微电有自己的指令集和Ithreads、Pthreads，可以进行GPU、CPU的软件调用。这样，客户不用管具体应用，GPU任务来后，中微电的软件自动分配给几个线程，并支持OpenGL。

中微电的IP有单核-4线程，双核-8线程，未来将有四核16线程。每个线程相当于一个标准的GPU或CPU核。16个线程做处理时，多任务情况下，可相当于16个SMP（对称多处理）核；如果是单任务，可以进行并行计算，即通过Pthreads，把多线程全部作为一个并行计算的硬件载体来进行运算。例如，在中微电的实验室里，“只用一个双核8线程，能够把软件的并行计算、视频的解码（软的）等用多线程实现出来。”


中微电公司业务拓展副总裁曹安生称，相比市面上SoC芯片的CPU核（ARM或者MIPS），中微电的核效率较高。例如要执行GPU任务时，客户还要License（获得授权）另外一个GPU的核。而要做视频的编解码时，还要再License一个视频硬核，所以是一个CPU核、一个GPU核，之后再封装在一起。如果要想GPU的能力越强，GPU核就越多。未来x265标准出来，它License的视频硬核是定死的，因此处理能力会受限。

一个UPU核有4个线程，相当于有4个SMP核，因此可以多任务、在不同的线程上跑。“当跑视频时，通过这四个线程，把算法并行化，就可以在四个线程上用软件来做。”

那么，相对于硬件，软件是否会引发功耗升高？曹安生称功耗会稍微高一点，但是可以接受的范围。软件的好处在哪儿？灵活性.“我们的软件可以并行化。例如现在可以是双核-8线程。如果未来推出四核-16线程，如果你有新的算法，也没问题，只要是把这个软件并行了之后，你在网上下载一些你现在格式就OK了。”

UPU体现灵活
首先，线程既可执行GPU任务，又可当CPU。4个线程的好处是灵活，例如玩游戏时，CPU的任务很少。那我就可以把4个线程拿出来作为GPU的1个处理器，它的旁边如果再配一些固定的配置，就组成了完整的GPU。

图2 UPU和谐统调的流程

任务动态地在线程之间分配，哪几个做CPU，哪几个做GPU。但是有GPU任务时，优先满足GPU，剩下的那些线程可以执行CPU的任务。当GPU把任务结束了，那些线程又可以来执行CPU的任务。

性能强大
IC1是中微电的第一款产品，据曹安生介绍，其GPU的能力比Mali-400 GPU不逊色，或者更强（注：指核的比较，Maili有单核和双核产品）。

据中微电评估，IC1 600MHz与ARM Cortex-A9双核1GHz比，ARM制程是40nm，中微电是65nm。对于CoreMark指标，中微电的单核是2580，双核就是5160；Cortex-A9双核不到3000。功耗方面，用MVP核来比较，一点都不差，甚至还更好。

图3 IC1——1双核-8线程

开发环境放心
中微电有自己完整的编译器，这归功于中微电的编译器的专家——Fred Chow，曾是MIPS科技公司的创始人之一，主持过MIPS的Open64编译软件设计。

因此，如果客户是用C语言写的，之后在ARM环境上面来编译或运行，其源代码可以在中微电的编译器上编译，就能在中微电的UPU上运行了。

与ARM、MIPS较量的机会
“非常坦率地讲，我们面临一个非常大的问题，不在于我们的性能怎么好，而在于生态链的竞争。”李彦甫说。

但中微电的生态链也在慢慢的完善、改善。好消息是，Google在推LLVM（底层虚拟机器，LowLevelVirtualMachine），如果能推广的话，以后所有的基于LLVM的应用，跟下面CPU的架构是无关的。那时，用ARM、MIPS，或中微电UPU上跑的应用都是一模一样。如果这个生态链能够完善，用户就看什么？比如中微电的四核-16线程，相当于16个核，如果不超过20美元，竞争对手是四核-30美元或者更高，用户的选择会显而易见了。

据悉，中微电基于LLVM做了很多工作，因此客户基于LLVM应用开发的，在中微电的核上马上就可以运行。“我们坚信，一到两年以后，Google-LLVM的生态链一定会很好。”

除了移动，中微电还关注一些跟生态链关联不是很大的行业，可能就用Linux的，例如无线服务器、路由器，特点是处理器要用到多任务。

图4 IC2——四核-16线程

与大企业竞争，需要稳扎稳打
如果把时光倒退十年，MIPS肯定比ARM强，我们不要看一家企业今天如何强大。任何企业都有一个发展过程。如果用过程的观点来看待一家企业，“我们认为最重要的是技术，是竞争对手没有的技术架构。”因此，中微电正在积蓄力量，等待用“中国芯”突破。

参考文章：
[1]第一个基于65纳米的SOC产品IC1流片了.(2011-3-29).http://icubecorp.com/zh/2011/03/icube-corporation-today-reached-a-milestone/

照片 “深圳集成电路创新应用展”的中微电展位：不太起眼，但“山不在高”，中微电的UPU很不俗

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