西安邮电大学自主设计的“嵌入式图形处理器(GPU)芯片-萤火虫1号”芯片于2015年12月24日下午,在西安邮电大学陕西省通信专用集成电路设计及工程技术研究中心,通过了陕西省科技厅主持的成果鉴定。鉴定委员会认为:“萤火虫1号GPU芯片流水线超长,结构复杂,设计难度大,是一款自主开发、设计的嵌入式GPU芯片,该项目填补了国内空白,总体技术达到国内水平。”
图形处理器(GPU,Graphic Processing Unit)是一种广泛应用于图形处理和显示的计算机核心芯片。早期的GPU主要应用于计算机显卡,提供绘图、动画、游戏和可视化功能,只要有显示终端就需要GPU。同时,近年来高端的GPU大量用于高性能计算系统。例如国防科技大学的“天河一号”千万亿次超级计算机使用了5120颗ATI的GPU。2010年12月评测的当时世界上较快的超级计算机“天河一号A”,含有14336颗英特尔六核至强X56702.93GHzCPU和7168颗Nvidia Tesla M2050GPU。
西安邮电大学GPU团队自主研制的嵌入式图形处理器(GPU)芯片-萤火虫1号,自主设计并实现了染色器指令系统和图元装配器、背面消隐器等多种硬件加速单元;设计了一种专用命令解析单元,加快了OpenGL命令解析速度;提出了一种命令环和反馈环双环新结构,显著提高了命令传输速度,易于命令跟踪;开发了完整的OpenGL1.3软件库并成功地移植到Linux操作系统、VxWorks和Windows操作系统上;建立了完整的软件开发平台;萤火虫1号GPU通过了400多个图形程序的测试验证,支持国际标准的图形程序设计接口OpenGL1.3的功能。芯片运行频率较高可达250MHz,峰值计算速度可达2.5-3GFlops。与此同时,GPU项目团队还设计完成了另一款多态阵列机的GPU芯片-萤火虫2号原型样片,多态阵列机是一个自主设计的众核(16核)阵列机。该芯片运行频率可达250-300MHz,峰值计算速度可达8-9.6GFlops。该芯片采用自主创新的设计和独特的体系结构,有机地将多种并行计算融于一体,形成了高性能的计算芯片的原型样片。芯片自主开发的设计和验证平台、染色器指令系统、硬件加速单元和OpenGL1.3标准的程序设计接口。萤火虫3号将通过对萤火虫2号架构和算法的改进,采用先进工艺,可以满足嵌入式应用的实用的图形处理器,成果获得了多项国家发明专利、软件著作权和集成电路布图保护等知识产权。
6年磨一剑的GPU团队技术指导李涛教授,2009年从美国返回受聘西安邮电大学工作,是陕西省百人计划特聘专家,荣获陕西省三秦友谊奖,现任西安邮电大学陕西省通信专用集成电路设计工程技术研究中心总工程师。他怀着报效祖国的满腔热情,带领项目团队从零做起。在省委书记赵正永和各级领导关怀下,西安邮电大学领导的大力支持下,GPU科研团队不计名利,埋头研发,克服重重困难,攻克一个又一个难关,较早款国内自主设计的“嵌入式图形处理器(GPU)芯片-萤火虫1号”芯片终于问世。李涛教授认为,目前的成果仅仅是个开始,要赶超国际水平,还有很长的路要走。在省委省政府各级部门和西安邮电大学党委支持下,GPU团队组建了“西邮微电子科技有限公司”创业公司,正在实现GPU芯片产业化的道路上努力前行,力争为我国集成电路产业做出应有的贡献。(通信员 姜毅龙 记者 吕扬)