圖睿

Tegra（中國大陸官方中文名稱：「圖睿」）是由英偉達開發的主要用於手持式裝置的系統單晶片（SoC）系列產品，將ARM CPU、基於GeForce的GPU、北橋、南橋和記憶體控制器等集成在一個單一的封裝內。其主要競爭對手是高通和德州儀器的對應產品。

早期的Tegra設計為多媒體處理器，用於行動聯網裝置或者智慧型手機，隨著產品線不斷發展，Tegra開始注重於機器學習和人工智慧。目前，Tegra產品線主要為向自動駕駛汽車和人工智慧提供解決方案，其中面向自動駕駛汽車為Nvidia Drive，面向人工智慧以及其他各種智能用途的則為Nvidia Jetson。

Tegra SoC也被電子遊戲機採用，典型案例為任天堂Switch和任天堂Switch 2系列，除此之外也有較冷門的戰斧F1，其採用Tegra K1 SoC。

## 歷史

首款Tegra SoC於 2008 年 2 月 12 日發表，替代之前的GoForce系列。Tegra採用ARM CPU，並非x86，所以不能運行Windows作業系統，但ARM架構的耗電率則較低，因此主攻行動裝置市場，可運行Windows Mobile作業系統或Android作業系統。

第一代Tegra產品發佈時，由於NVIDIA的經驗不足，只能夠專注於一種作業系統。所以，NVIDIA選擇與微軟合作。例如Zune HD就利用了Tegra晶片。之後，NVIDIA不再專注於一種平台。所以，第二代的Tegra已經可以支持Android。一般認為Google可以藉助NVIDIA Tegra晶片的性能，來提高Android產品的質素，使之可與蘋果公司的產品相競爭。瀏覽器方面，NVIDIA與Opera合作，加快網頁的載入速度，更提供動畫效果。Tegra也可搭配NVIDIA專為智慧型手機及平板電腦開發的NVIDIA Icera系列晶片組。

## 產品

### Tegra APX系列

2008年2月11日，NVIDIA發布了用於智慧型手機與PDA平台的APX 2500應用處理器。該處理器集成了一個ARM處理器和一個顯示核心。這款處理器是由nVIDIA和微軟聯合研製，應用於使用Windows Mobile的電話中，提高Windows Mobile平台的多媒體處理能力。隨後在2008年6月1日，NVIDIA正式發佈了Tegra 600系列產品，APX 2500亦更名為Tegra APX 2500。集成的顯示核心是基於GeForce 6，但加入對CUDA和雙精度浮點運算的支持。

晶片的製程是65奈米，核心頻率750 MHz，並集成256KB的L2緩存。晶片亦內建GeForce核心，支援OpenGL ES 2.0和Direct3D Mobile標準。APX 2500屬於ARM11 MPCore架構，其低耗電設計，使手提電話可以長時間播放音樂或高畫質影片。此外，它支援720p的MPEG-4與H.264/MPEG-4 AVC的解碼。輸出方面，它支援HDMI 1.2和雙顯示輸出。

在西班牙巴塞隆納舉行的3GSM移動世界大會中，NVIDIA的APX 2500原型機可以執行《雷神之錘III競技場》，並示範性地播放了《滿城盡帶黃金甲》高畫質版。

Tegra APX 2600與Tegra APX 2500的差異是前者強化了NAND快閃記憶體支援。

### Tegra 600系列

2008年6月1日，NVIDIA正式發佈了Tegra品牌，設有Tegra 600和Tegra 650兩款型號，整合ARM11 MP Core、影音處理器，Tegra 600支援720p H.264和VC-1影片解碼，Tegra 650更支援1080p影片解碼。

### Tegra 2系列

2010年1月7日發表，它是Tegra的第二代晶片，首款產品Tegra 250，採用台積電的40nm製程製造，集成8個不同功用的處理器。其中兩個是ARM Cortex A9核心，運作頻率是1GHz。另外有一個ARM7處理器，一個音訊處理器(Audio Processor)，一個影像處理器(Image Processor)，一個高畫質影片解碼處理器(HD Video Decode Processor)，一個高畫質影片編碼處理器(HD Vide Encode Processor)，一個圖形處理器(2D/3D Graphics Processor)。由於NVIDIA在2007年收購了PortalPlayer公司，從而取得音訊處理器技術。

當中的影片編碼器可以支援1080p解析度的H.264格式影片，上一代的Tegra只支援到720p。影片解碼器方面，同樣支援1080p解析度的H.264格式影片。當Tegra 2晶片進行影像解碼的時候，最高可以播放順暢的1080p影片，且電源功耗小於400mW。圖像處理器方面，晶片支援200萬像素攝像頭。而圖像處理器支援OpenGL ES 2.0，與上一代相同。但是頻率和頻寬的提升，可以使性能有2-3倍的增長。

Tegra 2晶片可用於製造智慧型手機、平板電腦、電子書。奧迪汽車（Audi）已宣佈將在2012年推出的車款使用Tegra的車載娛樂及導航系統，福斯汽車集團（Volkswagen AG）旗下的數個汽車品牌也將會選用相同的系統。

新的Cortex A9核心採用亂序執行，而Intel Atom則是採用依序執行。

由於Tegra 2晶片並不支持Neon指令集，使得其多媒體性能存在一些問題，如不能流暢播放High Profile的1080P H264影片。

### Tegra 3系列

2011年11月9日發表，CPU核心採用4+1結構，即四顆核心加第五顆省電核心，支援OpenGL遊戲的3D Vision顯示，通過NVIDIA DirectTouch技術分擔部分觸控處理作業，藉以改善觸控反應，並減少耗電量。HDMI支援1.4a版本。

### Tegra 4系列

Tegra 4 內部搭載 72 個 NVIDIA GeForce GPU 核心 - 等同於 Tegra 3 GPU 運算動力的 6 倍 - 因此提供更逼真的遊戲經驗與更高解析度的顯示畫面。Tegra 4 內部採用 ARM 最先進 CPU 核心 Cortex-A15，打造出第一款四核心架構的處理器，加快 2.6 倍的網頁瀏覽速度以及為各種應用程式提供突破性的效能。

Tegra 4 還能透過一款選配晶片組支援全球通用的 4G LTE 語音與數據傳輸技術，亦即第 5 代 NVIDIA Icera i500 處理器。i500 不僅效率更高，而且尺寸僅有傳統數據機晶片的 40%，處理能力更是前一代元件的 4 倍。

### Tegra K1系列

Tegra K1 提供版本第一種版本採用 32 位元基於 ARM Cortex A15 的四核心加第五顆基於 ARM Cortex A9 的省電核心，而第二種版本則採用 NVIDIA 自行設計的64 位元雙核心 Super Core CPU。這款 CPU 以 ARMv8 架構為基礎，可提供非常高的單執行緒和多執行緒效能，並將GPU架構從 Tegra 2、Tegra 3及Tegra 4的GeForce（G70）架構提升至 Mobile Kepler 架構，Tegra 5 與現階段主推的 GeForce Titan GPU 架構相同，因此也完整支援 OpenGL 4.4、Open GL ES 3.0、DirectX 11、Tesellation 與 CUDA 5.0。根據 Nvidia 的測試，Mobile Kepler 的圖形處理能力將是 iPad 4 的四倍，也比 PS3 強。第一台用在移動裝置上的是2014/5/15由小米公司推出的小米平板，安兔兔跑分可達140000分(v7.2.0)。使用64位元雙CPU核心和192核GPU Tegra K1的Nexus 9跑分更超過55000(v5.2.0)分。

### Tegra X1系列

NVIDIA的Tegra X1（代號Erista）有四個ARM的Cortex-A57內核和四個ARM的Cortex-A53內核的big.LITTLE配置，以及一個Maxwell為基礎的圖形處理核心，GPGPU的支持。但Tegra X1的兩個CPU集群只能同時啟用一個，因此採用Tegra X1的設備都更傾向於使用性能更強大的Cortex-A57內核。

一個代號為Mariko的新版Tegra X1於2019年發布，官方命名為Tegra X1+，也被稱為T214或T210B01，修復了Erista型號存在的Fusée Gelée漏洞，同時將製造工藝提升為台積電16nm。但此型號後來又被發現存在電壓故障注入漏洞，可讓攻擊者繞過啟動驗證運行任意代碼。

X1除了在英偉達自家的Nvidia Shield電視盒上使用以外，也被谷歌應用在其自家的平板電腦Pixel C上。而日本遊戲公司任天堂的遊戲主機任天堂Switch和任天堂Switch Lite上也使用了定製化的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：麥克斯韋架構（Maxwell，與GeForce 900系列使用同一個架構）256核GPU
- MPEG-4 HEVC和VP9編碼/解碼支持
- 台積電20奈米製程（T210），台積電16納米製程（T214）
- 功耗小於10瓦

型號｜CPU｜GPU｜記憶體｜採用

處理器｜核心｜頻率 (GHz)｜微架構｜核心配置n1｜頻率 (MHz)｜GFLOPS｜類型｜容量｜總線寬度 (bits)｜帶寬 (GB/s)｜Availability

T210｜ARM Cortex-A57 + ARM Cortex-A53｜4 + 4｜A57: 1.9 GHz A53: 1.3 GHz｜GM20B（Maxwell微架構）｜256:16:16｜1000｜512 (FP32) / 1024 (FP16)｜LPDDR4｜3 GB｜64-bit｜25.6｜Q2 2015

NX-SoC (T210)｜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

攜帶模式: 307.2 - 384｜攜帶模式: 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

- 註：任天堂Switch運行過程中，只有Cortex-A57的4大核工作。

### Tegra X2 系列

Nvidia 的 Tegra X2（代號Parker）採用了 Nvidia 定製的 ARMv8 兼容核心 Denver 2 和代號為 Pascal 的圖像處理核心，有 GPGPU 支持。X2 使用台積電16納米 FinFET+ 製程製造。

- CPU: Nvidia Denver2 ARMv8（64-bit）雙核 + ARMv8 ARM Cortex-A57 四核（64-bit）
- RAM: 最高 16GB LPDDR4
- GPU: Pascal 構架, 256 CUDA 核心
- TSMC: 16 納米 FinFET 製程
- TDP: 7.5-15W

型號｜CPU｜GPU｜記憶體

處理器｜核心｜頻率｜微架構｜核心配置n11｜頻率｜GFLOPS(FP32)｜GFLOPS(FP16)｜類型｜容量｜總線寬度｜帶寬｜發布日期

T186｜Denver2 +Cortex-A57｜2 + 4｜Denver2: 1.4–2.0 GHzA57: 1.2–2.0 GHz｜GP10B (Pascal)｜256:?:?｜854–1465 MHz｜437–750｜874–1500｜LPDDR4｜8 GB｜128 bit｜58.4 GB/s｜未發布

### Xavier 系列

Xavier以漫畫人物X教授的名字命名，在2016年9月28日宣佈，2019年3月發布。它包含70億個電晶體和8個自定義ARMv8內核，一個帶有512個CUDA內核的Volta GPU，一個名為DLA（深度學習加速器）的開源TPU（張量處理單元）它能夠編碼和解碼8K超高畫質（7680×4320）。使用者可根據需要配置10W，15W和30W TDP的三種工作模式，晶片尺寸為100x87 mm 2。Nvidia證實，製造工藝為台積電的12nm FinFET，和RTX20系列一樣。

- CPU：Nvidia定製Carmel ARMv8（64位），8核心10線程
- GPU：基於Volta的512個CUDA核心，具有1.3 TFLOPS
- TSMC 12 nm FinFET工藝
- 20 TOPS DL和160 SPECint @ 20 W; 30 TOPS DL @ 30 W （TOPS DL =深度學習Tera-Ops）
- 20 TOPS DL通過基於GPU的張量核心
- 10 TOPS DL（INT8）通過DLA單元實現5 TFLOPS（FP16）
- 1.6 PVA單元中的TOPS（可編程視覺加速器，用於StereoDisparity / OpticalFlow / ImageProcessing）
- ISP單元中的1.5 GPix / s（圖像信號處理器，具有原生全範圍HDR和磁貼處理支持）
- 用於1.2 GPix/s編碼和1.8 GPix/s解碼的影片處理器包括8k影片支援

型號｜CPU｜GPU｜記憶體

處理器｜核心｜頻率｜微架構｜核心配置｜頻率｜GFLOPS｜類型｜容量｜總線寬度｜帶寬｜發布日期

T194｜Carmel｜8｜GV10B?(Volta)｜512:?:?｜1270 MHz｜1300｜LPDDR4｜256-bit｜137 GB/s｜Q3(?) 2018

### Orin系列

Nvidia於2018年3月27日宣布了代號為Orin的SoC。包含170億個電晶體和12個ARM核心，可在65W的功耗下實現200 INT8 TOPs。英偉達於GTC China 2019發布了Orin系列的車機主板DRIVE AGX Orin。2021年初，英偉達宣布蔚來公司將在其汽車中使用基於Orin的晶片。

Orin的規格參數如下：

- CPU: 12×Arm Cortex-A78AE, ARMv8.2-A (64-bit)
- GPU: Ampere架構，2048個CUDA核心與64個Tensor core，INT8張量運算性能最高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工藝

### Thor系列

Nvidia於2022年9月20日宣布了代號為Thor的SoC。

## 參考條目

- Tegra規格列表
- Project Denver
- NVIDIA ION

## 外部連結

- Official website
- Nvidia's Tegra APX website
- Nvidia's Tegra FAQ
- Tegra X1 Whitepaper
- Tegra K1 Whitepaper
- Tegra 4 CPU Whitepaper
- Tegra 4 GPU Whitepaper
- Tegra 3 Whitepaper
- Tegra 2 Whitepaper