Tegra X1架构分析：CPU这是咋回事儿？

　　过去每一年开头的CES大展上，NVIDIA都会带来新一代的Tegra移动处理器。尽管过去两代表现一般，但是黄仁勋还是亲自登台，推出了全新的Tegra X1。

　　

　　【GPU：强大的麦克斯韦】

　　首先，NVIDIA是一家GPU公司，因此无论在桌面还是移动市场上，都对GPU异常重视。去年的Tegra K1首次引入了与桌面平级的开普勒架构，192个流处理器带来了惊人性能。今年的Tegra X1则进一步升级为麦克斯韦架构，流处理器也增至256个。

　　换句话说，去年用的是一组阵列(SMX)，今年则是两组(SMM)！随之而来的是，纹理单元、ROP单元也都大大增强了，均有16个，尤其后者翻了两番，对于驱动4K 60Hz显示有很大好处。

　　从初步测试结果看，Tegra X1 GPU性能依然彪悍，可以轻松搞定苹果A8X里八核的PowerVR GXA6850。

　　

　　在时间上，开普勒诞生了将近两年才走入移动平台，麦克斯韦架构只用了一年。更确切地说，Tegra X1用的是第二代麦克斯韦架构，而它在桌面上才出现了一个季度多点而已。

　　这也说明，NVIDIA的新架构从一开始就为移动平台进行了同步优化，所以我们才屡次看到麦克斯韦的能效是那么高，功耗是那么低。

　　

　　新架构的诸多图形技术也被带了过来，包括更高效的CUDA核心、更简练的SMM阵列、第三代Delta色彩压缩、保守光栅化算法、体积区块资源(DX11.2)、多帧抗锯齿(MFAA)等等。

　　更重要的是内存带宽，这一直是限制移动SoC的瓶颈，传统方法就是增加位宽，但会大大提高复杂度和成本。

　　Tegra X1还是停留在64-bit位宽，但是大大增强了内存压缩，包括刚才说的第三代Delta色彩压缩，以及新的端到端压缩。再辅以新的LPDDR4(频率可达1600MHz)，内存带宽基本不是问题。

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

　　和开普勒一样，麦克斯韦架构也只有专门的单精度FP32、双精度FP64 CUDA核心，并没有给FP16分配独立资源，只是在操作方式上做了改变。

　　Tegra K1 FP16操作会被给予和FP32相同的待遇，每一个都交给FP32 CUDA核心处理。Tegra X1上如果条件允许，则会将两个FP16合并成一个Vec2，交给单独一个FP32 CUDA核心去处理。

　　这里的前提是两个FP16操作属于同一类型，比如都是加法或者乘法，甚至是乘加运算(FMA)。

　　所以说，NVIDIA宣称的原生支持FP16并不完全准确，只不过耍了个花招而已，比对手还是差一些。ARM Mali、Imagination PowerVR都有独立的FP16单元，AMD GCN 1.2版也会引入。

　　FP16在安卓的显示合成里使用非常多，游戏里也能看到，但更重要的是，它还能参与图形计算，比如图像识别什么的，比如Drive PX车载平台里就需要它。

　　

　　具体频率还是没有公布，而按照NVIDIA说的1TFlops FP16浮点性能，那么应该是1GHz(1GHz×2FP16×2FMA×256＝1TFlops)，比去年略微高了一些。

　　FP32单精度浮点性能为512GFlops，比去年提高了40%。

　　【CPU：为啥不用自主架构？】

　　Tegra K1去年先是使用公版的四核A15，然后终于用上了NVIDIA自己苦心研发多年的64位自主架构“丹佛”，按理说今年只能是丹佛的增强版，甚至上四核，但结果却是四核A57加四核A53这种大路货。

　　究竟发生了什么？可以从路线图的变更上揣测一番。

　　Tegra K1的开发代号是“Logan”，金刚狼洛根，它之后本来应该说是“Parker”，另一位超级英雄蜘蛛侠帕克，说是会有丹佛架构CPU、麦克斯韦架构GPU、(16nm)FinFET制造工艺。

　　

　　但去年3月底的时候，NVIDIA将其改成了“Erista”，金刚狼的儿子，而且只标注了麦克斯韦GPU架构，CPU和工艺根本不提。

　　如此一来就很好说了：计划不如变化，台积电的16nm FinFET工艺虽然速度很快，但还是无法满足NVIDIA的进度要求，只能退而求其次，先用20nm的顶一阵子，相当于临时加了一步棋(要说这代号也取得很妙)，这样时间上自然很紧迫，照搬公版架构就在情理之中了。

　　按照目前的迹象，Tegra X1应该会只有这一个版本，更美好的事情得等明年。

　　

　　具体来说，Tegra X1 A57核心搭配了2MB共享二级缓存，每个核心还有48KB一级指令缓存、32KB一级数据缓存，A53核心则共享512KB二级缓存，同时每个核心有32KB一级指令缓存、32KB一级数据缓存。

　　不过，NVIDIA并没有使用ARM big.LITTLE双架构体系、CCI-400互连总线，而是自己设计了互连总线，还让全部八个核心可以同时运行，系统和应用可以随意调用。

　　而且，该系统是缓存一致性的，所以不会像类似方案那样损失功耗和性能。

　　NVIDIA宣称，Tegra X1的能耗比与三星Exynos 7410是齐平的，同等功耗下性能高出40%，同等性能下功耗少50%。——两家都是20nm。

　　

　　内存支持从LPDDR3升级为LPDDR4，位宽仍然是64-bit，峰值带宽从14.9GB/s增至25.6GB/s，能效也提升了大约40%。

　　

　　最大内部分辨率也从3200×2000@60Hz增强到了3840×2160@60Hz，并支持VESA显示流压缩。

　　外部显示方面支持HDMI 2.0、HDCP 2.2，意味着可以搞定4K@60Hz，而上代只有4K@30Hz。

　　ISP JPEG编码解码速度加快了4倍，同时新增4K@60Hz H.265(10-bit)、VP9解码，但是编码仅支持4K@30Hz H.265。

　　H.264、VP8解码也都提升到了4K@60Hz。

　　哦对了，存储支持eMMC 5.1。

　　

　　最后的最后，功耗。这是一个很敏感的问题，NVIDIA乃至几乎所有厂商历代都在刻意回避，从不公布具体的功耗指标。这一次NVIDIA也只是说能效比上代提高了一倍。

　　据说Tegra X1现场展示的需要大约10W，其中GPU非常低，电老虎还是CPU部分。