移動(dòng)GPU迎變革，光線追蹤即將到來

正如手機(jī)廠商之間的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈一樣，手機(jī)芯片公司的競(jìng)爭(zhēng)也因?yàn)?G和AI發(fā)生著變化。今年4月，高通推出了面向游戲玩家的驍龍730G處理器平臺(tái)。三個(gè)月后，高通沒有召開發(fā)布會(huì)推出驍龍855+，提升5G、游戲、AI和XR體驗(yàn)。8月，聯(lián)發(fā)科也推出了首款為游戲而生的移動(dòng)平臺(tái)Helio G90/G90T。

高通和聯(lián)發(fā)科推出游戲處理器是看好不斷增長(zhǎng)的移動(dòng)游戲市場(chǎng)以及手游對(duì)GPU更高的性能的需求，這種需求向上傳導(dǎo)就會(huì)影響Arm、Imagination等IP提供商。從各家最新發(fā)布的GPU產(chǎn)品看，移動(dòng)GPU市場(chǎng)正因5G、AI、自動(dòng)駕駛等迎來了變革。

手游成GPU升級(jí)重要推手，AI性能倍數(shù)提升

市場(chǎng)研究公司Jon Peddie Research的首席研究員兼創(chuàng)始人Jon Peddie表示：“事實(shí)上對(duì)于移動(dòng)SoC來說，市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者都擁有自己的GPU技術(shù)，并以每年5％的速度在增加市場(chǎng)份額。為了防止流失其潛在市場(chǎng)，其他的移動(dòng)SoC公司就需要一種令人信服的GPU來創(chuàng)造一些真正的競(jìng)爭(zhēng)力。”

比如，今年9月隨iPhone11發(fā)布的蘋果A13處理器，集成的GPU速度提升20%，功耗降低40%。高通本月發(fā)布的驍龍865，集成的全新Adreno 650 GPU，整體性能較前代平臺(tái)提升25%。

顯然，GPU IP的提供方需要更顯著的提升吸引華為、聯(lián)發(fā)科、三星等公司，而AI性能的提升又是關(guān)鍵之一。今年5月，Arm推出了全新的GPU架構(gòu)Valhall，基于Valhall架構(gòu)的全新GPU Mali-G77可以實(shí)現(xiàn)性能提升 40%、效能提升 30%，性能密度提升 30%、機(jī)器學(xué)習(xí)性能提升 60%。Arm表示，Mail-G77 著力于在移動(dòng)游戲方面的提升，同時(shí)也非常注重 AR 和 VR 方面的應(yīng)用。

不過，GPU IP并非Arm的強(qiáng)項(xiàng)，只是在被業(yè)界調(diào)侃為“買CPU送GPU”的方式下，Mali GPU被廣泛采用。擅長(zhǎng)GPU IP的Imagination更值得關(guān)注，本周二，Imagination宣布推出有史以來性能最強(qiáng)大的GPU IP，也是其第十代PowerVR圖形處理器架構(gòu)IMG A系列（IMG A-Series）。

根據(jù)官方的說法，IMG A系列在每一個(gè)維度上都提供了顯著的改進(jìn)，在相同的時(shí)鐘和半導(dǎo)體工藝上，與當(dāng)前正在出貨的PowerVR設(shè)備相比，性能提高了2.5倍，機(jī)器學(xué)習(xí)處理速度提高了8倍，且功耗降低了60％。

Imagination Technologies產(chǎn)品管理資深總監(jiān)Kristof Beets

Imagination新款GPU的參數(shù)除了有圖像處理性能，還給出了AI性能。一款GPU為何在提升圖像處理性能的同時(shí)還要強(qiáng)調(diào)AI性能？Imagination Technologies產(chǎn)品管理資深總監(jiān)Kristof Beets接受雷鋒網(wǎng)專訪時(shí)表示，圖形的處理背后也有AI，比如人臉解鎖，表面上看是一個(gè)圖形圖像的動(dòng)態(tài)處理過程，但也需要有AI的識(shí)別和處理才能完成。

“圖形處理和AI處理更像是一個(gè)多任務(wù)的并行處理計(jì)算方式。我們?cè)贕PU上加入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器的功能，能夠?yàn)槟切]有預(yù)算購(gòu)買神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎的客戶提供了一個(gè)選擇。” Kristof表示。

“不過，目前GPU的首要任務(wù)還是圖形處理，接下來才是其它的通用處理。但這種優(yōu)先級(jí)是否會(huì)發(fā)生變化，還是要看市場(chǎng)的需求。”

為了更好地滿足圖形處理和AI的需求，Imagination全新GPU采用了HyperLane技術(shù)，Priority HyperLanes技術(shù)可提供動(dòng)態(tài)拆分；例如，在執(zhí)行一項(xiàng)AI任務(wù)時(shí)可以優(yōu)先處理圖形需求，為其提供充足的計(jì)算資源，并用剩余的計(jì)算資源處理AI任務(wù)。HyperLane技術(shù)還可以隔離受保護(hù)的內(nèi)容以進(jìn)行權(quán)限管理。據(jù)悉，所有IMG A系列GPU可支持多達(dá)八個(gè)HyperLanes。

HyperLane還支持一個(gè)稱為AI Synergy的新功能，通過AI Synergy，GPU在可以提供圖形處理功能的同時(shí)，使用其備用資源來支持可編程AI以及固定功能，即Imagination神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器。

另外，為了實(shí)現(xiàn)更高和更穩(wěn)定的游戲性能，IMG A系列采用了TBDR和DVFS技術(shù)。Kristof介紹，基于分塊延遲渲染（TBDR）技術(shù)，IMG A系列的PowerVR架構(gòu)GPU只需繪制屏幕上可見的內(nèi)容，使它具有帶寬和功耗優(yōu)勢(shì)。使用主動(dòng)動(dòng)態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)（DVFS）以及時(shí)限調(diào)度算法（Deadline Scheduling algorithms）的先進(jìn)功耗控制技術(shù)，可提供超低響應(yīng)延遲的快速功耗控制。如果GPU的某些部分沒有得到充分利用或沒用于處理工作，它們就會(huì)被立即降頻甚至進(jìn)入睡眠狀態(tài)，以確保最佳的功耗效率。

顯然，手游市場(chǎng)規(guī)模的增長(zhǎng)潛力影響了從手機(jī)終端到芯片再到GPU IP的設(shè)計(jì)，但除了圖像計(jì)算性能的提升，AI性能的提升也成為了亮點(diǎn)，這其中除了因?yàn)锳I正被越來越多地應(yīng)用之外，利用GPU的并行計(jì)算能力進(jìn)行圖像處理的同時(shí)滿足AI的需求也可以最大化GPU的價(jià)值。

這也就意味著，移動(dòng)GPU在滿足手機(jī)市場(chǎng)的同時(shí)，也可以應(yīng)用于自動(dòng)駕駛、AIoT等市場(chǎng)，并且，這可能成為移動(dòng)GPU新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

即將支持光線追蹤

GPU的圖像計(jì)算和AI性能的提升依舊是對(duì)已有性能和技術(shù)的改進(jìn)，但市場(chǎng)更需要一些新的技術(shù)。去年8月，英偉達(dá)推出新一代GPU架構(gòu)——Turing（圖靈），并且推出了全球首批支持即時(shí)光線追蹤（Real Time Ray Tracing）的GPU。

Turing架構(gòu)以及支持光線追蹤GPU的推出立即引發(fā)了巨大的關(guān)注，一時(shí)間，在廣告、電影、建筑等行業(yè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用的光線追蹤技術(shù)走入了公眾視野。

如今，光線追蹤也將在移動(dòng)GPU上實(shí)現(xiàn)。Imagination PowerVR 產(chǎn)品執(zhí)行副總裁Steve Evans發(fā)布IMG A系列時(shí)透露，Imagination正在研發(fā)支持光線追蹤技術(shù)的移動(dòng)GPU架構(gòu)，將會(huì)在未來幾年內(nèi)推向市場(chǎng)。

Kristof接受采訪時(shí)表示：“我們?cè)?年前就推出過光線追蹤的技術(shù)。不過我們發(fā)現(xiàn)推出一項(xiàng)新技術(shù)是相對(duì)容易的，但生態(tài)的建設(shè)非常困難。也就是說，要說服客戶使用新的產(chǎn)品和技術(shù)需要投入非常大量的資源。”

“要說服客戶接受新技術(shù)建立生態(tài)很重要的就是成本問題，比如光線追蹤技術(shù)要達(dá)到或接近真實(shí)效果需要很高的成本投入，所以在效果和成本之間也需要達(dá)到一個(gè)平衡。” Kristof進(jìn)一步表示。

那Imagination和英偉達(dá)的支持光線追蹤的GPU有何不同？Kristof表示：“兩者的功能和基本概念是一樣的，細(xì)節(jié)包括算法和實(shí)施上有所不同。我們支持光線追蹤的GPU更強(qiáng)調(diào)效能和功耗。”

雷鋒網(wǎng)了解到，Imagination的光線追蹤GPU IP不會(huì)大幅增加成本。

那么，在英偉達(dá)高性能光線追蹤GPU的推動(dòng)下，市場(chǎng)對(duì)于光線追蹤GPU的接受程度正在增加，等到Imagination推出高效能的光線追蹤GPU IP之時(shí)，可能也是GPU迎來光線追蹤時(shí)代的開始。

移動(dòng)GPU市場(chǎng)將變

每次技術(shù)和產(chǎn)品的變革都伴隨著行業(yè)的變革，移動(dòng)GPU市場(chǎng)如今發(fā)生的變化，非常有利于Imagination贏得更大的市場(chǎng)。兩年前，蘋果突然宣布，將在 15 個(gè)月到 2 年內(nèi)停止使用該公司的 GPU 設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)而采用自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。失去當(dāng)時(shí)占其營(yíng)收來源超過50%的Imagination最終不得不選擇將自己出售。最終，中國(guó)私募投資基金凱橋（Canyon Bridge）在2017年斥資5.5億英鎊（約合49億元人民幣）收購(gòu)了Imagination。

兩年后，Imagination帶來了十分具有競(jìng)爭(zhēng)力的GPU IP。Imagination發(fā)布IMG A時(shí)和市場(chǎng)主流的GPU做了一個(gè)對(duì)比，以高通為基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)相同性的能Arm需要184%的芯片面積，這意味著功耗更大，用IMG A系列GPU如果要達(dá)到與高通GPU相同的性能，面積要小一半左右。如果是同樣的芯片面積，則可以實(shí)現(xiàn)比高通GPU高 175%的性能。不僅如此，Imagination還計(jì)劃以每年30%的性能提升持續(xù)推出B、C、D系列的GPU。

另外，Imagination還面向不同的市場(chǎng)推出了AXE、AXM、AXT的產(chǎn)品，分別面向高性能移動(dòng)設(shè)備和汽車應(yīng)用、中端移動(dòng)設(shè)備以及入門級(jí)移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)。

Imagination公司副總裁/中國(guó)區(qū)總經(jīng)理劉國(guó)軍表示：“就收入來講，Imagination是全球第三大IP廠商但就影響力而言，我們是全球排名第二的廠商。”

隨著5G、AI、自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展，特別是5G商用將帶來的AR、VR、云游戲等應(yīng)用，移動(dòng)GPU的AI性能也將變得更加重要。另外，隨著光線追蹤技術(shù)正在被越來越廣泛的接受，率先宣布將會(huì)推出支持光線追蹤移動(dòng)GPU的Imagination能否向前更進(jìn)一步？

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