直击！“好用”的国产桌面GPU是如何诞生的？

3C数码芯师爷· 2022-11-18

国产GPU正从‘可用’过渡到‘好用’阶段。

一位终端客户在“风华2号”的发布会现场赞许地感慨道。

8月初，芯动科技“风华2号”GPU新品发布会暨前沿技术应用研讨会在武汉举办，会上正式发布了高性能国产桌面级GPU芯片“风华2号”。

▲“风华2号”显卡

“风华2号”是怎样的一款GPU芯片？“好用”评价从何说起？

芯师爷作为本场发布会的现场见证者，为业内读者们揭开这款GPU芯片及其背后团队的神秘面纱。

备受期待的桌面GPU

要了解“风华2号”，还得从桌面GPU说起。

GPU又称显示核心、显卡、视觉处理器、显示芯片或绘图芯片，是一种图形处理器，但其功能远非如此。由于GPU的流处理器和显存控制器占据了绝大部分晶体管，而控制器相对简单，所以它还擅长对大量数据进行简单操作，拥有远胜于CPU的强大浮点计算能力，在处理计算密集型、高度并行化的计算任务（如AI计算）中表现出色。

目前，GPU是AI算力的主力，而且在智能设备中，对于图像分析、分割、识别等常用AI功能，业界普遍认为GPU做得最好。

根据应用领域，GPU主要可分为终端GPU和云端GPU两大类。本次发布会上的主角“风华2号”属于前者，主要应用于个人PC和电脑主机等设备中；而芯动科技2021年底发布的服务器GPU“风华1号”便属于后者，一经发布就广受业内好评，并且迅速进入批量应用。（芯师爷也曾报道“风华2号”的发布，详见：首款国产高端GPU芯片来了！GPU市场迎变数）

某种程度上来看，相比侧重于云端的服务器GPU“风华1号”，面向终端的桌面GPU“风华2号”意义更为重大。

与数据中心云端产品主要追求算力、能效比等技术参数不同，桌面端GPU产品的应用场景和运行程序等软硬件配套更为多样化。桌面端GPU并不只是提供一款芯片就能满足应用需求，还必须适配各种场景的软件环境，满足各种软件的运行要求，往往还要开发相应的软件工具。英伟达在GPU市场上的成功，除了GPU芯片本身性能优越以外，其应用开发软件CUDA同样功不可没。

这就把GPU开发工作从做产品提升到了做生态，对公司的综合能力要求更高。所以，相对于“风华1号”，“风华2号”的发布是芯动科技研发实力更为全面的一次展现。

此外，在生态层面，“风华2号”的影响范围更广，不仅为桌面GPU需求方提供了优质的国产替代新选择，为国内桌面生态崛起、摆脱国外基础软件生态垄断带来了新希望，并将在更多移动终端中实现GPU国产替代。这将对OS等各种应用软件的国产替代形成巨大推动，比如游戏开发领域、专业渲染领域、办公自动化桌面领域等，助力提升我国ICT产业的整体自主水平。

“风华2号”优势何在

被寄予厚望的“风华2号”实力几何呢？发布会现场，通过基准测试跑分、办公软件、工程制图、GIS到游戏娱乐等多种GPU重度典型应用的现场实时演示，“风华2号”展示了其领跑国产桌面、笔记本电脑和工控机赛道的优势性能。

据芯动科技总裁敖海先生介绍，“风华2号”是一款集超低功耗、强渲染、4K高清三屏显示、4K视频解码及智能AI计算于一体的桌面和笔记本GPU，实现了多个自研技术的创新突破。

▲芯动科技CEO敖海展示了采用“风华2号”GPU芯片的无风扇板卡（3-5W工作功耗下）

在能效比上，“风华2号”实测领先，在统信4K桌面环境，风华2号运行在低功耗模式下，芯动科技工程师现场演示了金山WPS、视频网站、中望CAD、glmark等各种典型桌面渲染应用，操作流畅；即使同时开启多种应用的实测，工作功耗仅在4瓦左右；在高性能场景下该GPU也表现出超低功耗。在全球市场中，这样的低功耗独立显卡GPU是罕见的。超低功耗的特性使得产品对散热性的要求也同步降低，系统可靠性大大增加的同时还可以支持无风扇设计，支持笔记本和MXM一体机。

在渲染能力和AI性能上，“风华2号”的像素填充率48GPixel/秒，FP32浮点算力1.5TFLOPS，AI性能超过12.5TOPS。工程师现场展示了在麒麟操作系统下风华2号GLmark2基准测试实测评分超过6500，业界遥遥领先。通过UnigineHeaven重度基准测试，充分展现了OpenGL4.3的能力，并在演示过程中突出了曲面细分（Tessellation）的渲染效果，形象立体。现场还演示了“风华2号”显卡在科学/边缘计算方面的能力，支持人脸识别、目标识别、语义分割、图像超分辨率等多种场景实时应用，超过传统低功耗桌面显卡的AI计算水平。

在多屏应用上，“风华2号”能满足用户在不同场景下的多屏需求，支持4K级三屏高清显示，无论是在办公上网视频，还是多媒体娱乐以及苍穹GIS应用上均有上佳表现。

在兼容性表现上，“风华2号”实现了多个国内桌面平台的兼容，不仅与统信和麒麟等操作系统完成互认证,还全面支持飞腾、龙芯、申威、海光、兆芯、鲲鹏等主流国产CPU平台。现场演示了在Linux下渲染最新的重量级赛车游戏，画面流畅逼真，游刃有余。

▲“风华2号”在Windows10系统上的渲染展示

在普通用户熟悉的操作系统上，“风华2号”也实现了率先突破，可流畅支持微软Win10DirectX图形框架。工程师现场演示了Win10操作系统下的QQ通讯、办公上网和娱乐游戏等各种应用，完美实现了多种复杂场景的流畅渲染和曲面细分的细节呈现，3D渲染性能完全能够满足日常工作娱乐所需，具备强大的一站式适用性。芯动科技DirectX首席软件架构师章涛就指出,“Windows DirectX11严格要求支持包括曲面细分在内的各种高级渲染技术，开发难度极大。至今，全球只有少数几家公司的GPU能支持WindowsDirectX 11。”

更值得惊喜的是，以上优势功能的技术实现均依赖自主技术。据悉，“风华2号”GPU自研率非常突出，诸如PCIe3.0、LPDDR5X、HDMI2.0/DP/eDP1.4/VGA、中国专利的物理不可克隆PUF安全技术，都是芯动长期对外授权的自研优势技术。尤其是自研了全球首款速度最高LPDDR5X显存技术，在桌面级低功耗水平下达到10Gbps带宽新高，助力“风华2号”显卡性能突破，并且向下兼容LPDDR5/4，支持国产长鑫的显存颗粒。此外，芯动GPU内核在获得架构授权后持续自主优化，也充分说明了芯动团队强大的全栈底层核心技术创新能力。

自研技术的持续演进是GPU迭代能力和核心竞争的关键，芯动科技GPU项目总监何颖表示，“芯动在最初架构授权的基础上不断优化GPU内核，现已独立完整掌握了GPU内核演进架构图，有了对GPU架构的自主把控，芯动有能力做到未来三年每年发布两款GPU。”

“风华2号”的幕后英雄

在不到一年的时间内，芯动科技接连推出两款不同应用领域的GPU产品，未来三年还将以每年发布两款GPU的节奏推出新品，这种快速迭代的能力远非一般企业能做得到，芯动科技的特殊性在于，既新又旧。

新，在于GPU赛道是新机遇，芯动科技开发自有独立GPU产品的动作亦是顺时应势的新举。2021年底芯动科技正式发布的首款GPU产品“风华1号”，产品序号也表明“风华2号”仅是芯动科技的第二款GPU产品。实际上，在GPU领域不仅仅芯动科技是新进入者，中国大陆的其它GPU研发厂商也几乎全是创业型公司，该赛道的企业大多成立时间没有超过5年。

旧，在于芯动科技成立已经有16年之久，显然已是芯片行业的资深老兵，是拥有技术底蕴的引领者。据芯动科技副总裁毛鸣明介绍，芯动科技一直以一站式IP和芯片定制赋能各大半导体代工厂和上下游伙伴，拥有行业创纪录的200多次先进工艺流片和60亿颗先进SOC芯片授权量产，是很多产品的“幕后英雄”，始终靠自身硬科技创造核心价值。

“资深老兵”在GPU赛道的竞争优势也很明显。芯动科技有各种高端IP技术和全套体系架构经验的积累，为GPU全栈自研打下了牢固基础。同时，由于有其它业务的造血能力，芯动科技可独立支持GPU研发费用，不会为融资而做PPT产品。毛鸣明透露，公司在GPU重大开发投入的情况下，还能一直保持盈利，并不需要依靠任何融资来维持，这在业界是绝无仅有的。

因此，芯动科技每次推出的产品均为实打实的市场需求型产品。芯动科技总裁敖海先生表示，目前“风华3号”已基本完成研发，将为国内用户提供超大算力光追等酷炫性能；GPGPU和智能座舱等产品也正与客户定义中，未来更多定制计算产品线将接踵而至。

▲“风华2号”GPU应用领域

芯动科技在GPU领域的进展和规划表明，其要做的并非只是一两款GPU产品，而是有意从市场需求出发，在硬件设计和定制化方面提供差异化服务，以此为切入口，进入被海外巨头垄断的GPU市场，逐步站稳脚跟并完善产品布局。在技术追求上，芯动科技也有与GPU巨头一较高下的魄力：目前全球仅英伟达有光追产品，而“风华3号”即将具备这一技术，该技术对3D游戏应用有特别重要的意义。

通过不断完善GPU产品，未来，具备技术实力和产业情怀的芯动科技将有望成为国内GPU产业的基石供应商。

风华系列收获市场“芯”动

芯动科技在GPU领域不断取得技术突破的同时，也在赢得了市场青睐。发布会上，中能建投、高澜股份、统信软件、麒麟软件、泽塔云、优刻得等上下游合作伙伴与芯动科技举行了现场签约仪式，就风华系列GPU在桌面、数据中心和云计算等领域达成长期深度战略合作，共同致力于国产GPU的软硬件创新和产品商用落地，现场签约合作规模达到5亿元。