NVidia_Tegra

**Tegra**（中國大陸官方中文名稱：「**圖睿**」）是由 NVIDIA 開發的系統單晶片系列產品，2008 年 6 月 1 日正式發表，替代之前的 GoForce 系列。主要用於手持式裝置。Tegra 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。Tegra 的主要競爭對手是高通和德州儀器的對應產品。

每個 Tegra 內建 ARM 架構的處理器核心、基於 GeForce 的圖形處理器、音效處理器、北橋晶片、南橋晶片和記憶體控制器置入一個單一的軟體包。由於並非是 x86 指令集，所以不能運行 Windows 作業系統，但 ARM 架構的耗電率則較低，可選擇運行 Windows Mobile 作業系統，或者 Android 作業系統。nVIDIA 原本將此晶片定位用於行動網路裝置或者智慧型手機，但現在也試點用在自動駕駛汽車和遊戲機上。

在第一代 Tegra 產品發佈的時候，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 已經可以支援 Android。一般認為 Google 可以藉助 NVIDIA Tegra 晶片的效能，來提高 Android 產品的品質，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。

## 產品介紹

### 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**。該處理器整合了一個 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。整合的顯示核心是基於 GeForce 6，但加入對 CUDA 和雙精度浮點運算的支援。

晶片的製程是 65 奈米，核心頻率 750 MHz，並整合 256KB 的 L2 快取。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 行動世界大會中，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，整合 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 萬像素網路攝影機。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，可以使效能有 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 晶片並不支援 Neon 指令集，使得其多媒體效能存在一些問題，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。第一台用在行動裝置上的是 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 核心和四個 ARM 的 Cortex-A53 核心的 big.LITTLE 組態，以及一個 Maxwell 為基礎的圖形處理核心，GPGPU 的支援。

X1 除了在輝達自家的 Nvidia Shield 電視盒上使用以外，也被 Google 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 上也使用了客製化化的 X1。

* CPU：ARMv8 的 ARM Cortex-A57 四核 + ARM 的 Cortex-A53 四核（64 位元）
* GPU：麥克斯韋 (Maxwell 架構，跟 GeForce 900 系列使用同一個架構) 為主的 256 核 GPU
* MPEG-4 HEVC 和 VP9 編碼 / 解碼支援
* 台積電 20 奈米製程（T210），台積電 16 奈米製程（T214）
* 功耗小於 10 瓦

 

* 註：任天堂 Switch 執行過程中，只有前 4 大核工作。

### Tegra X2 系列

Nvidia 的 Tegra X2（代號 Parker）採用了 Nvidia 客製化的 ARMv8 相容核心 Denver 2 和代號為 Pascal 的圖像處理核心，有 GPGPU 支援。 X2 使用台積電 16 奈米 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 奈米 FinFET 製程
* TDP: 7.5-15W

### Xavier 系列

目前最新的 Tegra SoC，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 個自訂 ARMv8 核心，一個帶有 512 個 CUDA 核心的 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）。使用者可根據需要組態 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 客製化 Carmel ARMv8（64 位元），8 核心 10 執行緒
* 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（圖像訊號處理器，具有原生全範圍 HDR 和磁貼處理支援）
* 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

## 參考條目

* Tegra 規格列表
* Project Denver
* NVIDIA ION

## 參考文獻

## 外部連結

* Official website （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Nvidia's Tegra APX website （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Nvidia's Tegra FAQ （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Tegra X1 Whitepaper （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Tegra K1 Whitepaper （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Tegra 4 CPU Whitepaper （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Tegra 4 GPU Whitepaper （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Tegra 3 Whitepaper （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Tegra 2 Whitepaper （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）