英伟达的汽车“芯” 解析Tegra Parker

　　英伟达的Tegra系列由于没有基带支持、本身功耗控制以及市场导向等问题，在手机发展上折戟，同时也随着平板市场的萎缩而渐渐销声匿迹。目前，采用Tegra芯片的产品除了英伟达自家的平板电脑外，就只有谷歌、微软、惠普等厂商部分产品了，并且看起来都并非主力销售的款型。不过在汽车智能化市场，Tegra产品却打出了一片天地，英伟达不但推出了Driver CX系列数字化座舱外，还推出了专门面向自动驾驶的Driver PX系列产品，这两者的核心都是Tegra处理器。2016年8月，英伟达又发布了全新的Tegra Parker，这一次，又有什么新的技术出现呢？

　　英伟达最近股价飙升，其中很重要的一个原因是英伟达在很早之前就布局了车载市场，尤其是自动驾驶市场。在自动驾驶技术上，眼前比较流行的实现路径之一就是汽车通过搭载各种摄像头、雷达、红外线等探测器采集图像数据，再将这些信息通过中央处理系统的深度学习算法进行处理和分析，最后发出指令来控制汽车并实现自动驾驶。在这个过程中，深度学习算法所需要的并行计算能力就显得颇为重要，而GPU在这方面有天生的优势，高度并行、海量规模的架构能很好的满足深度学习的需求。

　　在之前的发布会上，英伟达在展示全新一代的Driver PX2时，就曾提到这款自动驾驶处理平台搭载了两颗全新的Tegra处理器和全新一代Pascal架构的GPU，整机的深度学习能力高达24DL TOPS(Deep Learning-Tera-Operations Per Second，DL TOPS，深度学习每秒计算兆次)，远超前代产品。其中Pascal架构的GPU自然是重头戏，不过两颗全新的Tegra处理器也不可小觑。不过当时英伟达并没有公布太多这两颗处理器的信息，直到2016年8月，英伟达终于正式发布了这款Tegra处理器，名字出乎意料，被称为全新的Tegra Parker。

　　“2+4+256”—超强规格，令人震撼

　　按照惯例，我们还是首先来看Tegra Parker的规格。

　　和之前的Tegra X1、Tegra K1 A15版本完全不同的是，在Tegra Parker拥有6个CPU核心，且英伟达自有的Denver系列架构又出现了，还升级到了Denver 2。宏观上来看，Tegra Parker的CPU部分有两个簇，其中一个簇中包含了2颗Denver 2架构的CPU核心，另一个簇中包含了4颗Cortex-A57架构的核心，两个簇之间通过缓存后再使用HMP总线互联并保证缓存一致性。

　　在缓存方面，Tegra Parker的2个Denver 2核心和4个Cortex-A57核心分别配备了2MB的L2缓存，然后双方的L2缓存再通过一致性单元连接在一起。L1缓存方面有点复杂，Denver 2和之前的Denver一样，使用了128KB指令缓存搭配64KB数据缓存；而Cortex-A57则是48KB指令缓存搭配32KB数据缓存，从缓存容量的差别上就能看出双方架构设计存在巨大差异。内存方面则支持LPDDR4内存，带宽为50GB/s，支持ECC校验，相比上代产品大幅度提升。

　　在GPU方面，之前的Tegra X1使用的是Maxwell架构，集成了256个CUDACore，性能即使放在现在也是首屈一指的。在Tegra Parker上，GPU的架构则采用了更先进的Pascal，CUDA Core数量还是256个，性能功耗比进一步提升。

　　不过，和上次发布Tegra K1英伟达详细公布了Denver架构信息不同的是，本次英伟达几乎没有给出任何有关Denver 2架构的信息，也没有说明新的架构在何处进行了升级。只是简略提到了Denver 2依旧是7-way的超标量架构、支持乱系执行、每瓦特性能非常优秀、支持低功耗模式等。有关Denver 2的内容，还需要等待随后更多资料流出才能明确。

　　工艺方面，Tegra Parker升级到了TSMC 16nm FinFET工艺，作为全代次，又加入了FinFET技术的新工艺，Tegra Parker在晶体管密度、电压等方面肯定要比之前半代工艺TSMC 20nm要强很多。

　　说完了Denver 2，再来看看核心的搭配问题。这次Tegra Parker的CPU部分采用的是“2+4”的模式，一般来说，如果采用ARM的big.LITTLE架构的话，应该是“高性能核心+节能核心”的模式，但是Tegra Parker却是“Big+Super”也就是“高性能核心+超高性能核心”的模式，这样一来，Tegra Parker面向的市场基本就放弃了手机，缺乏节能核心的它不太适合在小尺寸设备内存在，甚至平板上使用Tegra Parker可能也会存在散热问题。不过，Tegra Parker面向的市场应该就是车载和大尺寸设备，并不用太担心功耗问题，这样的搭配反而能取得最好的性能。

　　另外，Tegra Parker中还有一些问题需要考虑：比如为什么使用两颗Denver2搭配四颗Cortex-A57而不是四颗(甚至六颗)Denver 2？为什么不是六核心Cortex-A57(或者Cortex-A72)？对此英伟达做出了一些解释。比如自动驾驶需要更强大的单核心性能、无论是自动驾驶还是游戏都需要更多的核心、总性能需要进一步提升等。而且为了满足这六颗核心高效率运作，英伟达还设计了多项辅助技术，其中自动排序技术可以让Task能够自动排序运行在正确的CPU核心上、当计算需要改变时可以自动移动Task或者线程去正确的核心、在不同的核心簇之间移动任务时保证缓存一致性等。

　　当然，有一种猜测是可能在汽车自动驾驶的应用场景中，需要单线程性能强悍的核心来对某些事项实现高效率的处理，性能要求较低但并行性要求较高的事项可能会交给四颗Cortex-A57来充分发挥，这也是比较实际的设计方案。无论如何，Tegra Parker中还存在大量可以猜测的地方，还需要英伟达在未来公布更详细的内容(当然可能永远也不会公布)。

　　为自动驾驶优化—Tegra Parker的功能性设计

　　除了核心设计外，还有一些功能性的内容。比如在存储方面，TegraParker支持eMMC 5.2，SATA接口，比前代规格更进一步。视频方面支持2160p的60Hz编解码，之前的处理器都只能支持2160p@30Hz编码，Tegra Parker的视频功能更为强大了。摄像头方面，Tegra Parker支持12路HDR摄像头，也远胜前代产品。

　　在人们特别关注的自动驾驶方面，Tegra Parker支持最新的以太网音视频桥接技术(Ethernet Audio/VideoBridging)，这是一项新的IEEE802技术，主要目的在于建立高质量、低延迟、时间同步的音视频以太网络，实现实时音视频流的传输，这在自动驾驶上能够提供同步的音视频数据，提高安全性。此外，Tegra Parker还提供了Dual CAN和QSPI的支持，其中CAN是控制器局域网络(Controller AreaNetwork，CAN)的简称，是博世推出的现场总线标准，已经成为了ISO 11898国际标准。CAN总线主要优点在于结构简单、各节点可以自由通信、节点数量理论上不限制等，在汽车上有重要应用。Tegra Parker支持双CAN接口。QSPI则是Queued SPI的简写，属于SPI接口的扩展，属于一种高效的传输接口，多见于工业设备和汽车等场合。

　　在安全方面，Tegra Parker支持Automotive Rated SoC，更宽泛的适应性设计、片上安全管理等技术，这些技术都是全新加入，之前的产品均不具备。虚拟化方面，Tegra Parker也支持最多8路硬件虚拟化，以便支持更多虚拟用户的使用。

　　性能—英伟达说它打遍天下无敌手

　　规格基本看完后，再来看看性能。目前由于不存在Tegra Parker的相关设备，因此性能都来自于英伟达的官方内容。在偏重整数性能的SpecInt2K测试中，如果Tegra Parker的性能是1的话，那么苹果A9X最多只有0.6，华为的麒麟950也是0.6，三星Exynos 8890略低，高通的骁龙820大约只有0.4左右。英伟达宣称Tegra Parker的处理器性能比A9X等处理器最多提升67%，比骁龙820提升高达150%。

　　除了处理器性能外，有关Tegra Parker的功耗、GPU性能方面基本就没有任何信息了。对于GPU性能，考虑英伟达目前在GPU届的地位以及Pascal架构GPU出众的表现，Tegra Parker应该是目前所有ARM SoC中顶尖的选择，这一点不会有太多疑问。功耗方面，从架构设计来看，Tegra Parker的功耗肯定不会太低，我们大胆猜测其在最极端情况下有可能会达到15W～20W左右。这样猜测的原因是，之前Tegra X1的功耗最高可能在15W附近，Tegra Parker与其类似，但是加入了2个Denver 2核心，即使制程改换，但是晶体管数量变多、频率提升的话，功耗也会持续上升，况且Tegra Parker的应用场景早都不是狭窄的手机和平板，提升功耗换取更高的频率和性能也完全说得过去。

　　当然，英伟达如果考虑将Tegra Parker集成在SHILED游戏机中的话，应该会在功耗控制、频率控制上有另外的方案，功耗也可能会大幅度降低，甚至低于10W也是有可能的。

　　写在最后

　　总的来看，Tegra Parker的规格相当令人震撼，完全是以面向较高性能场合而设计的处理器，虽然其性能和英特尔、AMD的高端X86处理器无法相媲美，但是在诸如车载、娱乐等场合还是相当适用的。况且从这次Tegra Parker发布神神秘秘、遮遮掩掩，而且没有移动终端参与，只有自家的Driver PX2来看，这次英伟达是铁了心杀入汽车市场，准备彻底投入了这个庞大的蓝海，誓不回头了。Tegra Parker和英伟达的自动驾驶技术一起，带给英伟达的不光是股价飙升、也不光是汽车市场，而有可能是未来十年发展的根基。

　　不仅如此，从Tegra Parker的发布、以及英伟达现在官网都没有Tegra Parker的介绍等迹象可以看出，Tegra这个品牌有可能在未来会离普通消费者越来越远。因为没有大量移动终端的加持、全身心进入汽车市场的话，消费者将逐渐淡忘这个品牌。对全新的汽车用户来说，根本没必要去了解汽车用的谁家的处理器—最多只有极客在购车时会考虑自动驾驶模块来自于哪家。汽车消费者更关心车的排量、速度、储物空间容量、外观甚至是否油电混动，而不会在乎小小的Tegra Parker。一个品牌的逐渐隐退，换来的可能是一个千亿级的巨大市场，英伟达的闷声大发财之路，才刚刚开始呢。

　　文/张平