图睿
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Tegra（中国大陆官方中文名称：“图睿”）是由英伟达开发的主要用于手持式设备的系统单片机（SoC）系列产品，将ARM CPU、基于GeForce的GPU、北桥、南桥和存储器控制器等集成在一个单一的封装内[1]。其主要竞争对手是高通和德州仪器的对应产品。
早期的Tegra设计为多媒体处理器，用于移动联网设备或者智能手机，随着产品线不断发展，Tegra开始注重于机器学习和人工智能。目前，Tegra产品线主要为向自动驾驶汽车和人工智能提供解决方案，其中面向自动驾驶汽车为Nvidia Drive，面向人工智能以及其他各种智能用途的则为Nvidia Jetson。
Tegra SoC也被电子游戏机采用，典型案例为任天堂Switch和任天堂Switch 2系列，除此之外也有较冷门的战斧F1，其采用Tegra K1 SoC。
历史[编辑]
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首款Tegra SoC于 2008 年 2 月 12 日发表，替代之前的GoForce系列。Tegra采用ARM CPU，并非x86，所以不能运行Windows操作系统，但ARM架构的耗电率则较低，因此主攻移动设备市场，可运行Windows Mobile操作系统或Android操作系统[2][3]。
第一代Tegra产品发布时，由于NVIDIA的经验不足，只能够专注于一种操作系统。所以，NVIDIA选择与微软合作。例如Zune HD就利用了Tegra芯片。之后，NVIDIA不再专注于一种平台。所以，第二代的Tegra已经可以支持Android。一般认为Google可以借助NVIDIA Tegra芯片的性能，来提高Android产品的质量，使之可与苹果公司的产品相竞争。浏览器方面，NVIDIA与Opera合作[4]，加快网页的加载速度，更提供动画效果[5]。Tegra也可搭配NVIDIA专为智能手机及平板电脑开发的NVIDIA Icera系列芯片组。
产品[编辑]
Tegra APX系列[编辑]
2008年2月11日，NVIDIA发布了用于智能手机与PDA平台的APX 2500应用处理器[6]。该处理器集成了一个ARM处理器和一个显示核心。这款处理器是由nVIDIA和微软联合研制，应用于使用Windows Mobile的电话中，提高Windows Mobile平台的多媒体处理能力。随后在2008年6月1日，NVIDIA正式发布了Tegra 600系列产品，APX 2500亦更名为Tegra APX 2500[7]。集成的显示核心是基于GeForce 6，但加入对CUDA和双精度浮点运算的支持。[8]
芯片的制程是65纳米，核心频率750 MHz，并集成256KB的L2缓存。芯片亦内置GeForce核心，支持OpenGL ES 2.0和Direct3D Mobile标准。APX 2500属于ARM11 MPCore架构，其低耗电设计，使手提电话可以长时间播放音乐或高清影片。此外，它支持720p的MPEG-4与H.264/MPEG-4 AVC的解码。输出方面，它支持HDMI 1.2和双显示输出。
在西班牙巴塞罗那举行的3GSM移动世界大会中，NVIDIA的APX 2500原型机可以执行《雷神之锤III竞技场》，并示范性地播放了《满城尽带黄金甲》高清版。[9]
Tegra APX 2600与Tegra APX 2500的差异是前者强化了NAND闪存支持。
Tegra 600系列[编辑]
2008年6月1日，NVIDIA正式发布了Tegra品牌，设有Tegra 600和Tegra 650两款型号，集成ARM11 MP Core、影音处理器，Tegra 600支持720p H.264和VC-1影片解码，Tegra 650更支持1080p影片解码。
Tegra 2系列[编辑]
2010年1月7日发表，它是Tegra的第二代芯片，首款产品Tegra 250，采用台积电的40nm制程制造，集成8个不同功用的处理器[10]。其中两个是ARM Cortex A9核心，运作频率是1GHz。另外有一个ARM7处理器，一个音频处理器(Audio Processor)，一个视频处理器(Image Processor)，一个高清影片解码处理器(HD Video Decode Processor)，一个高清影片编码处理器(HD Vide Encode Processor)，一个图形处理器(2D/3D Graphics Processor)。由于NVIDIA在2007年收购了PortalPlayer公司，从而获取音频处理器技术。
当中的影片编码器可以支持1080p分辨率的H.264格式影片，上一代的Tegra只支持到720p。影片解码器方面，同样支持1080p分辨率的H.264格式影片。当Tegra 2芯片进行影像解码的时候，最高可以播放顺畅的1080p影片，且电源功耗小于400mW[11]。图像处理器方面，芯片支持200万像素摄像头。而图像处理器支持OpenGL ES 2.0，与上一代相同。但是频率和带宽的提升，可以使性能有2-3倍的增长。
Tegra 2芯片可用于制造智能手机、平板电脑、电子书。奥迪汽车（Audi）已宣布将在2012年推出的车款使用Tegra的车载娱乐及导航系统，福斯汽车集团（Volkswagen AG）旗下的数个汽车品牌也将会选用相同的系统[12]。
新的Cortex A9核心采用乱序执行，而Intel Atom则是采用依序执行。
由于Tegra 2芯片并不支持Neon指令集，使得其多媒体性能存在一些问题，如不能流畅播放High Profile的1080P H264视频。[13]
Tegra 3系列[编辑]
2011年11月9日发表，CPU核心采用4+1结构，即四颗核心加第五颗省电核心，支持OpenGL游戏的3D Vision显示，通过NVIDIA DirectTouch技术分担部分触控处理作业，藉以改善触控反应，并减少耗电量。HDMI支持1.4a版本。
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Tegra 4系列[编辑]
Tegra 4 内部搭载 72 个 NVIDIA GeForce GPU 核心 - 等同于 Tegra 3 GPU 运算动力的 6 倍 - 因此提供更逼真的游戏经验与更高清晰度的显示画面。 Tegra 4 内部采用 ARM 最先进 CPU 核心 Cortex-A15 ，打造出第一款四核心架构的处理器，加快 2.6 倍的网页浏览速度以及为各种应用程序提供突破性的性能。
Tegra 4 还能透过一款选配芯片组支持全球通用的 4G LTE 语音与数据传输技术，亦即第 5 代 NVIDIA Icera i500 处理器。 i500 不仅效率更高，而且尺寸仅有传统调制解调器芯片的 40% ，处理能力更是前一代组件的 4 倍。
Tegra K1系列[编辑]
Tegra K1 提供版本第一种版本采用 32 比特基于 ARM Cortex A15 的四核心加第五颗基于 ARM Cortex A9 的省电核心，而第二种版本则采用 NVIDIA 自行设计的64 比特双核心 Super Core CPU 。这款 CPU 以 ARMv8 架构为基础，可提供非常高的单线程和多线程性能，并将GPU架构从 Tegra 2、Tegra 3及Tegra 4的GeForce（G70）架构提升至 Mobile Kepler 架构，Tegra 5 与现阶段主推的 GeForce Titan GPU 架构相同，因此也完整支持 OpenGL 4.4、Open GL ES 3.0、DirectX 11、Tesellation 与 CUDA 5.0。根据 Nvidia 的测试，Mobile Kepler 的图形处理能力将是 iPad 4 的四倍，也比 PS3 强。第一台用在移动设备上的是2014/5/15由小米公司推出的小米平板，安兔兔跑分可达140000分(v7.2.0)。使用64位双CPU核心和192核GPU Tegra K1的Nexus 9跑分更超过55000(v5.2.0)分。
Tegra X1系列[编辑]
NVIDIA的Tegra X1（代号Erista）有四个ARM的Cortex-A57内核和四个ARM的Cortex-A53内核的big.LITTLE配置，以及一个Maxwell为基础的图形处理核心，GPGPU的支持。但Tegra X1的两个CPU集群只能同时启用一个，因此采用Tegra X1的设备都更倾向于使用性能更强大的Cortex-A57内核。
一个代号为Mariko的新版Tegra X1于2019年发布，官方命名为Tegra X1+，也被称为T214或T210B01，修复了Erista型号存在的Fusée Gelée漏洞，同时将制造工艺提升为台积电16nm。但此型号后来又被发现存在电压故障注入漏洞，可让攻击者绕过启动验证运行任意代码。
X1除了在英伟达自家的Nvidia Shield电视盒上使用以外，也被谷歌应用在其自家的平板电脑Pixel C上。而日本游戏公司任天堂的游戏主机任天堂Switch和任天堂Switch Lite上也使用了定制化的X1。
- CPU：ARMv8 的ARM Cortex-A57四核（64位）+ ARM的Cortex-A53四核（64位，可能未被使用）
- GPU：麦克斯韦架构（Maxwell，与GeForce 900系列使用同一个架构）256核GPU
- MPEG-4 HEVC和VP9编码/解码支持
- 台积电20纳米制程（T210），台积电16纳米制程（T214）
- 功耗小于10瓦
| 型号 | CPU | GPU | 内存 | 采用 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 处理器 | 核心 | 频率 (GHz) | 微架构 | 核心配置n1 | 频率 (MHz) | GFLOPS | 类型 | 容量 | 总线宽度 (bits) | 带宽 (GB/s) | Availability | |
| T210 | ARM Cortex-A57 + ARM Cortex-A53 | 4 + 4 | A57: 1.9 GHz A53: 1.3 GHz |
GM20B（Maxwell微架构） | 256:16:16 | 1000 | 512 (FP32) / 1024 (FP16) | LPDDR4 | 3 GB | 64-bit | 25.6 | Q2 2015 |
| NX-SoC (T210)[14][15] | A57: 1.020 GHz A53: 1.020 GHz | 底座模式: 768 - 921 | 底座模式: 393 - 471 (FP32) / 786 - 942 (FP16) | 4 GB | Q1 2017 | |||||||
| 携带模式: 307.2 - 384 | 携带模式: 157 - 196 (FP32) / 314 - 392 (FP16) | |||||||||||
| NX-SOC (T214) | A57: 1.9 GHz A53: 1.3 GHz |
1267 | 649 (FP32) / 1298 (FP16) | LPDDR4x | 8GB | Q2 2019 | ||||||
- 注：任天堂Switch运行过程中，只有Cortex-A57的4大核工作。
Tegra X2 系列[编辑]
Nvidia 的 Tegra X2[16]（代号Parker）采用了 Nvidia 定制的 ARMv8 兼容核心 Denver 2 和代号为 Pascal 的图像处理核心，有 GPGPU 支持。[17] X2 使用台积电16纳米 FinFET+ 制程制造。[18][19][20]
- CPU: Nvidia Denver2 ARMv8（64-bit）双核 + ARMv8 ARM Cortex-A57 四核（64-bit）
- RAM: 最高 16GB LPDDR4
- GPU: Pascal 构架, 256 CUDA 核心
- TSMC: 16 纳米 FinFET 制程
- TDP: 7.5-15W[21]
| 型号 | CPU | GPU | 内存 | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 处理器 | 核心 | 频率 | 微架构 | 核心配置n11 | 频率 | GFLOPS (FP32) |
GFLOPS (FP16) |
类型 | 容量 | 总线宽度 | 带宽 | 发布日期 | |
| T186 | Denver2 + Cortex-A57 |
2 + 4 | Denver2: 1.4–2.0 GHz A57: 1.2–2.0 GHz |
GP10B (Pascal)[22] | 256:?:? | 854–1465 MHz | 437–750 | 874–1500 | LPDDR4 | 8 GB | 128 bit | 58.4 GB/s | 未发布 |
Xavier 系列[编辑]
Xavier以漫画人物X教授的名字命名，在2016年9月28日宣布，2019年3月发布。它包含70亿个晶体管和8个自定义ARMv8内核，一个带有512个CUDA内核的Volta GPU，一个名为DLA（深度学习加速器）的开源TPU（张量处理单元）它能够编码和解码8K超高清（7680×4320）。用户可根据需要配置10W，15W和30W TDP的三种工作模式，芯片尺寸为100x87 mm 2。Nvidia证实，制造工艺为台积电的12nm FinFET，和RTX20系列一样。
- CPU：Nvidia定制Carmel ARMv8（64位），8核心10线程
- GPU：基于Volta的512个CUDA核心，具有1.3 TFLOPS
- TSMC 12 nm FinFET工艺
- 20 TOPS DL和160 SPECint @ 20 W; 30 TOPS DL @ 30 W （TOPS DL =深度学习Tera-Ops）
- 20 TOPS DL通过基于GPU的张量核心
- 10 TOPS DL（INT8）通过DLA单元实现5 TFLOPS（FP16）
- 1.6 PVA单元中的TOPS（可编程视觉加速器，用于StereoDisparity / OpticalFlow / ImageProcessing）
- ISP单元中的1.5 GPix / s（图像信号处理器，具有原生全范围HDR和磁贴处理支持）
- 用于1.2 GPix/s编码和1.8 GPix/s解码的视频处理器包括8k视频支持
| 型号 | CPU | GPU | 存储器 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 处理器 | 核心 | 频率 | 微架构 | 核心配置 | 频率 | GFLOPS | 类型 | 容量 | 总线宽度 | 带宽 | 发布日期 | |
| T194 | Carmel | 8 | GV10B?(Volta) | 512:?:? | 1270 MHz | 1300 | LPDDR4 | 256-bit | 137 GB/s | Q3(?) 2018 | ||
Orin系列[编辑]
Nvidia于2018年3月27日宣布了代号为Orin的SoC。[23]，包含170亿个晶体管和12个ARM核心，可在65W的功耗下实现200 INT8 TOPs。英伟达于GTC China 2019发布了Orin系列的车机主板DRIVE AGX Orin。2021年初，英伟达宣布蔚来公司将在其汽车中使用基于Orin的芯片。[24]
Orin的规格参数如下：
- CPU: 12×Arm Cortex-A78AE, ARMv8.2-A (64-bit)
- GPU: Ampere架构，2048个CUDA核心与64个Tensor core，INT8张量运算性能最高131稀疏TOPs（Sparse TOPs），CUDA核心最高5.32 FP32 TFLOPs。
- 5.3 CUDA TFLOPs (FP32)
- 0.6 CUDA TFLOPs (FP16)
- 三星8N工艺
Thor系列[编辑]
Nvidia于2022年9月20日宣布了代号为Thor的SoC。[25]
参考条目[编辑]
参考文献[编辑]
- ↑ NVIDIA Tegra處理器細節公布. [2008-09-13]. （原始内容存档于2008-06-06）.
- ↑ NVIDIA發佈Tegra移动处理器 迈进CPU市场. [2008-08-05]. （原始内容存档于2008-06-05）.
- ↑ 黄仁勋：Tegra平台Android系统手机年内出炉. [2010-05-23]. （原始内容存档于2010-05-21）.
- ↑ NVIDIA Tegra平台携手Opera浏览器. [2008-09-22]. （原始内容存档于2008-09-13）.
- ↑ NVIDIA Tegra MID原型预览. [2008-09-22]. （原始内容存档于2016-03-04）.
- ↑ NVIDIA（英伟达）公司推出APX 2500芯片 全球最低功耗高清计算机随芯而生. [2008-02-22]. （原始内容存档于2008-04-16）.
- ↑ NVIDIA发布Tegra移动处理器 迈进CPU市场. [2008-08-05]. （原始内容存档于2008-06-05）.
- ↑ NVIDIA Tegra处理器基于GeForce 6. [2008-09-12]. （原始内容存档于2016-03-04）.
- ↑ NVIDIA APX手机处理器运行《Quake 3》. [2008-02-22]. （原始内容存档于2008-02-17）.
- ↑ CPU全面升级 NVIDIA新Tegra2平台解析. [2010-01-13]. （原始内容存档于2010-01-16）.
- ↑ Whitepaper NVIDIA® Tegra™ Multi-processor Architecture (PDF). [2010-10-05]. （原始内容存档 (PDF)于2011-10-27）.
- ↑ 英偉達發表Tegra. 工商时报. 2010-01-11 [2010-01-11]. （原始内容存档于2010-01-14）.
- ↑ NVIDIA的新野望 Tegra 2移动处理器全解析. [2011-04-25]. （原始内容存档于2011-05-05）.
- ↑ techinsights.com. Nintendo Switch Teardown. www.techinsights.com. [2017-03-15]. （原始内容存档于2017-03-13）.
- ↑ Walton, Mark. Nintendo Switch uses Nvidia Tegra X1 SoC, clock speeds outed. Ars Technica. 2016-12-20 [2017-04-03]. （原始内容存档于2016-12-20）.
- ↑ DATA SHEET - NVIDIA Jetson TX2 System-on-Module (PDF).
- ↑ https://developer.nvidia.com/embedded/dlc/jetson-tx2-module-data-sheet需注册
- ↑ NVIDIA Discloses Next-Generation Tegra SoC; Parker Inbound?. Anandtech.com. 2016-01-05 [2016-07-10]. （原始内容存档于2016-06-29）.
- ↑ 存档副本. [2018-02-08]. （原始内容存档于2017-12-16）.
- ↑ Ho, Joshua. Hot Chips 2016: NVIDIA Discloses Tegra Parker Details. Anandtech. 2016-08-25 [2016-08-25]. （原始内容存档于2017-12-16）.
- ↑ NVIDIA Announces Jetson TX2: Parker Comes To NVIDIA’s Embedded System Kit （页面存档备份，存于互联网档案馆）, March 7, 2017
- ↑ NVIDIA Rolls Out Tegra X2 GPU Support In Nouveau （页面存档备份，存于互联网档案馆） by Michael Larabel at phoronix.com on March 29, 2017
- ↑ Smith, Ryan. NVIDIA ARM SoC Roadmap Updated: After Xavier Comes Orin. www.anandtech.com. [April 18, 2018]. （原始内容存档于April 19, 2018）.
- ↑ Shapiro, Danny. Chinese Automaker NIO Selects NVIDIA for Electric Vehicles | NVIDIA Blog. The Official NVIDIA Blog. January 9, 2021 [January 26, 2021]. （原始内容存档于January 26, 2021）.
- ↑ NVIDIA Unveils DRIVE Thor — Centralized Car Computer Unifying Cluster, Infotainment, Automated Driving, and Parking in a Single, Cost-Saving System. [2023-09-22]. （原始内容存档于2023-12-18）.
外部链接[编辑]
- Official website （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Nvidia's Tegra APX website （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Nvidia's Tegra FAQ （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Tegra X1 Whitepaper （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Tegra K1 Whitepaper （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Tegra 4 CPU Whitepaper （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Tegra 4 GPU Whitepaper （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Tegra 3 Whitepaper （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Tegra 2 Whitepaper （页面存档备份，存于互联网档案馆）
