Imagination E 系列 GPU :图形与 AI 的融合计算引擎，边缘智能新架构

芝能智芯出品

Imagination Technologies 推出全新一代 E 系列 GPU IP，首次在 GPU 架构中深度融合 AI 加速能力，面向图形与边缘 AI 双重工作负载，实现最高 200 TOPS 的计算性能，并显著优化功耗与面积效率。

通过创新的神经核心（Neural Core）与突发处理器（Burst Processor）设计，E 系列不仅保留了图形渲染的强大能力，还打通了 AI 工作负载低精度（INT8/FP8）运算的加速路径。

我们从架构设计、系统集成、功耗控制和应用适配四个维度出发，以可编程 GPU 为基础，融合图形与 AI 算力需求，为车载智能、AI PC、工业视觉与消费终端打造面向未来的统一计算平台。

Part 1

重新定义架构边界：

从 GPU 到 AI 计算核心的深度融合

战略转向：从 NNA 到神经核心的架构一体化

Imagination 在 2023 年终止独立神经网络加速器（NNA）的研发，标志着其 AI 路线由“专用硬件”转向“架构融合”。

其核心判断是：专用 NPU 难以持续保持高效利用率与可扩展性，特别是在多任务边缘系统中。

E 系列 GPU 的 AI 加速由两个关键模块组成：

◎ 神经核心（Neural Core）：集成至 GPU 内部，支持 INT8/FP8 精度矩阵运算，最大算力达 200 TOPS。

◎ 突发处理器（Burst Processor）：优化调度与数据复用，降低 AI 工作负载的数据移动开销，提高执行效率。

这一设计复用了 GPU 原有寄存器、缓存、调度器等资源，从根本上减少独立 AI 加速器所需的 SRAM、逻辑区域和数据搬运路径，显著优化 PPA（性能、功耗、面积）指标。

架构优化：纹理单元+压缩引擎的跨用途再利用

E 系列 GPU 延续 PowerVR 架构的并行渲染设计，同时对部分图形单元进行了“AI 化”改造：

◎ 纹理格式支持 + 数据格式转换单元，可直接适配 INT8、FP8、bfloat16 等低精度 AI 张量；

◎ 图形压缩单元（如 BC、ASTC）扩展支持压缩 AI 权重与中间结果；

◎ 共享缓存机制（TCM）提升计算和图形任务的协同效率。

在实际硬件上，E 系列可在四核配置下实现约 13 TFLOPS 的 FP32 浮点图形性能，配合 200 TOPS 的 AI 运算，为边缘系统提供统一的可编程处理器平台。

Part 2

以系统为导向：

面向边缘 AI 的功耗

与延迟最优化工程实现

内存亲和与数据局部性：AI 能效优化的核心

与传统独立 NPU 依赖片外 DRAM 不同，E 系列强调片上局部内存计算优先（Local-first），其神经核心主要使用：

◎ 紧耦合内存（TCM）进行中间特征图的快速读写；

◎ 高速共享缓存进行多任务间数据交换；

◎ 避免反复访问外部 LPDDR/DDR，提高数据能效比。

这种“靠近数据计算”架构设计，与现阶段 SoC 系统内大量数据交互特点高度契合，可使整体功耗降低 30% 以上。

突发处理器通过降低流水线深度、减少调度开销，使 E 系列在处理小模型或分片 AI 工作负载时，能保持稳定性能密度，是传统深流水专用 NPU 难以做到的。

多任务与虚拟化能力：从图形扩展到异构智能协同

在支持 AI 工作负载之外，E 系列提供了增强的多任务调度与 QoS（服务质量）机制：

◎ 最多可支持 16 个零开销虚拟机 并行运行，适配多域安全架构（特别面向车载）；

◎ 分层调度系统：底层硬件调度器处理数据依赖，RISC-V 控制器管理任务优先级；

◎ 支持 OpenCL、Vulkan、TVM、oneAPI 等标准生态，开发门槛低，迁移路径清晰。

这使得 E 系列不仅能完成图形渲染与 AI 推理，还能胜任工业控制、人机交互、系统监控等多元异构任务，为边缘计算系统提供统一调度和资源控制能力。

小结

融合架构的战略价值

E 系列引领边缘智能的计算新路径

E 系列是 GPU 架构与边缘 AI 应用深度融合的新阶段。面对终端侧 AI 计算日益增长的多样性与能效需求，Imagination 准确把握了三大关键工程趋势：

一是以融合设计替代传统专用逻辑，通过 AI 与图形任务的模块复用，显著提升架构密度与调度效率；

二是强调数据亲和性作为性能驱动核心，从依赖外部数据搬运转向本地高效复用，实现边缘智能场景下的功耗优化；

三是构建标准化工具链，全面支持主流异构计算 API 与编译器，降低系统集成门槛，提升开发效率与可持续部署能力。

面向 AI PC、工业视觉、智能驾驶舱乃至智能手机与可穿戴设备等多元边缘场景，E 系列 GPU 不仅仅是一颗高性能图形处理器，更是一个面向未来的通用型 AI 图形融合计算引擎，为系统设计者提供以最小面积与功耗代价实现图形与 AI 协同处理的硬件基础。