相比手機(jī)、PC等消費(fèi)電子終端，汽車對芯片最大的差異化要求之一，就是功能安全，也就是確保芯片執(zhí)行開發(fā)者設(shè)計的功能。但是，當(dāng)前主流的功能安全實(shí)現(xiàn)方式會在不同程度上增加芯片的PPA（性能、功耗或面積）開銷。比如雙核鎖步法采用兩塊同樣的邏輯芯片執(zhí)行相同的代碼并嚴(yán)格同步，通過計算結(jié)果的比對檢測是否存在錯誤，但這種方式導(dǎo)致硅片面積增加了一倍。再比如工作負(fù)載重復(fù)法將同一項(xiàng)工作執(zhí)行兩次并比較結(jié)果，導(dǎo)致安全工作負(fù)載性能減半。

英國GPU IP供應(yīng)商Imagination正在嘗試用新的思路實(shí)現(xiàn)汽車芯片的功能安全。近日，Imagination推出最新汽車GPU IP DXS，基于分布式功能安全機(jī)制，利用約10%的面積代價實(shí)現(xiàn)100%的安全功能。

據(jù)Imagination車載GPU產(chǎn)品總監(jiān)章政介紹，DXS的功能安全是利用GPU的特性實(shí)現(xiàn)的。

具體來看，GPU的特點(diǎn)是通過大量核心同時處理多個任務(wù)，實(shí)現(xiàn)多線程并行。當(dāng)一個線程無法獲取執(zhí)行任務(wù)所需的計算資源，就會自動從執(zhí)行隊(duì)列切換出去，等待計算資源到位再執(zhí)行任務(wù)。同時，為了并行執(zhí)行多線程，GPU具有許多重復(fù)單元。Imagination DXS利用以上兩個特點(diǎn)，在線程停工等待時，插入測試集，在另一個線程等待時，也插入測試樣例，并執(zhí)行兩個測試，通過對比執(zhí)行結(jié)果來檢測邏輯模塊以及存儲模塊的功能。此外，針對如何快速定位邏輯模塊的錯誤這一難點(diǎn)，DXS采用了周期性的檢查方式，通過不停發(fā)送測試向量，來保證子部件的正確性。

在性能上，DXS峰值性能較上一代汽車GPU產(chǎn)品提升50%，計算工作負(fù)載性能提升十倍。據(jù)章政介紹，計算負(fù)載的提升有一小部分來自于硬件，大約增加了50%；采用雙速率FP16，又帶來兩倍的性能提升；通過優(yōu)化計算庫，包括節(jié)省帶寬、片上內(nèi)存優(yōu)化等，再實(shí)現(xiàn)2到4倍的性能提升，在一些典型工作負(fù)載上總體能看到10倍以上的性能提升。

“我們增加了本地存儲，使大部分的計算發(fā)生在片內(nèi)，減少了帶寬造成的瓶頸，增強(qiáng)了ALU（算數(shù)邏輯部件），加強(qiáng)了軟件和硬件的協(xié)同優(yōu)化。計算系統(tǒng)的性能提升是軟硬件緊密配合的工作，我們把底層軟件優(yōu)化這項(xiàng)相對艱難的工作留給了自己，因?yàn)榈讓拥膬?yōu)化往往牽涉到硬件架構(gòu)，需要基于對GPU的理解和經(jīng)驗(yàn)。”章政向《中國電子報》表示。

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