當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將我們帶進(jìn)了一個(gè)初步的數(shù)字化世界中。相信大家也有同感，日常工作、生活、娛樂(lè)等方方面面已經(jīng)很大程度上建立在數(shù)字技術(shù)之上。
那么，這些數(shù)字技術(shù)具體包括哪些呢？除了我們大家熟知的 5G、Wi-Fi 等通信技術(shù)，支撐我們數(shù)字娛樂(lè)生活的，其實(shí)還有一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：GPU。
特別是在當(dāng)前移動(dòng)化浪潮席卷一切的背景下，移動(dòng) GPU 會(huì)迎來(lái)怎樣的發(fā)展，也是目前科技界最重要的課題之一。
移動(dòng) GPU 不做選擇，性能與能效全都要
眾所周知，GPU 和 CPU 不同，CPU 核心數(shù)少，但擁有足夠多的數(shù)字和邏輯運(yùn)算單元，因此擅長(zhǎng)通用的數(shù)字邏輯運(yùn)算。而 GPU 核心數(shù)眾多，每個(gè)核擁有的緩存相對(duì)較小，非常擅長(zhǎng)進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)并行計(jì)算。而圖形計(jì)算就是這種類型的計(jì)算，因此天然適合由 GPU 來(lái)完成。
就移動(dòng)端來(lái)說(shuō)，目前負(fù)載最高、效果最極致的圖形計(jì)算主要是游戲場(chǎng)景，而且隨著移動(dòng)游戲的市場(chǎng)規(guī)模越來(lái)越成為主流，游戲畫(huà)面品質(zhì)的提升會(huì)成為剛需，這將非常考驗(yàn)移動(dòng) GPU 的整體性能。
同時(shí)，以 XR 為核心技術(shù)的元宇宙正在大步向前，這無(wú)疑也將需要更大規(guī)模的圖形即時(shí)演算，因此，移動(dòng) GPU 的性能演進(jìn)勢(shì)在必行。
但同時(shí)，考慮到移動(dòng)終端移動(dòng)性，在高性能負(fù)載下無(wú)法承載體積龐大的散熱體系，這就需要移動(dòng) GPU 同時(shí)也擁有強(qiáng)大的能效表現(xiàn)。
所以，與桌面端 GPU 以狂飆性能為主的發(fā)展趨勢(shì)不同，移動(dòng) GPU 必然會(huì)朝著性能與能效極致平衡的方向發(fā)展。
眾所周知，性能與能效是一對(duì)矛盾綜合體，所以某種程度上來(lái)說(shuō)，想要實(shí)現(xiàn)性能和能效的極致平衡，是比狂堆性能更艱巨的挑戰(zhàn)。
如何完成這個(gè)挑戰(zhàn)？聯(lián)發(fā)科從提高性能和增效兩條并行的路徑給出了答案。
不久前，聯(lián)發(fā)科舉辦了一場(chǎng) MediaTek 天璣旗艦技術(shù)溝通會(huì)。從這場(chǎng)溝通會(huì)中，我們就能看到目前行業(yè)領(lǐng)先的移動(dòng)芯片平臺(tái)解決方案提供者，是如何探索移動(dòng) GPU 提高性能與增效方案的，同時(shí)也可以讓我們一窺移動(dòng) GPU 的未來(lái)發(fā)展。
首先看性能，這一點(diǎn)可以參考桌面端 GPU 的發(fā)展趨勢(shì)。說(shuō)起桌面 GPU 的“性能魔法”，這兩年最炙手可熱的無(wú)疑就是光線追蹤技術(shù)。光線追蹤能夠最大程度模擬現(xiàn)實(shí)世界中光線折射、反射的原理和效果，從而極大提升 3D 虛擬場(chǎng)景中的擬真感，也就是提高畫(huà)質(zhì)。
具體來(lái)說(shuō)，光追可以從三個(gè)方面提升渲染畫(huà)面的擬真品質(zhì)。
第一個(gè)是軟陰影，即讓物體根據(jù)光線強(qiáng)弱、光源距離產(chǎn)生強(qiáng)和弱的陰影效果，讓陰影更符合真實(shí)的表現(xiàn)。還有是反射效果，比如在水面、光滑物體表面增加反射的效果，也可讓觀感更接近真實(shí)。最后是加入全局光照，也就是直接光源和間接光源的結(jié)合與交互都能細(xì)膩的表現(xiàn)出來(lái)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)環(huán)境的真實(shí)性。
要做到這些，需要非常巨大的計(jì)算量，在桌面端，英偉達(dá)在 2018 年的圖靈 GPU 架構(gòu)中成功將光追帶入到桌面游戲市場(chǎng)，但同時(shí)并行的是更大的散熱模組。在移動(dòng)端這么做顯然不行。
那么移動(dòng)光追應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)呢？目前有兩個(gè)方向，其一是基于軟件的方案實(shí)現(xiàn)光追效果，而更徹底的，是通過(guò)硬件級(jí)加速，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的光線追蹤。只有基于硬件的光線追蹤，才能在效果和功耗之間達(dá)到最好的平衡。
除了提升性能，為移動(dòng) GPU 增效，也是重中之重，但這也是移動(dòng) GPU 發(fā)展進(jìn)化的一大難點(diǎn)。
至于提升移動(dòng) GPU 的整體能效，這是一個(gè)系統(tǒng)性的工作，需要從芯片底層到應(yīng)用軟件和硬件的全鏈路優(yōu)化，才能對(duì)系統(tǒng)整體的功耗進(jìn)行優(yōu)化和控制。
遵從這個(gè)思路，IT之家認(rèn)為可以將移動(dòng) GPU 的增效方案分為“三板斧”，分別是底層軟硬件的適配、AI 等技術(shù)加持的系統(tǒng)級(jí)深度優(yōu)化以及生態(tài)層面的廣泛合作。
所謂底層軟硬件的適配，包括 GPU 芯片層面的進(jìn)化以及圖形計(jì)算接口、標(biāo)準(zhǔn)等軟件對(duì)能效的優(yōu)化。
系統(tǒng)級(jí)的優(yōu)化方案則是在此之上引入對(duì)應(yīng)的平臺(tái)技術(shù)，來(lái)進(jìn)一步為 GPU 的運(yùn)算降低負(fù)載，這其中，IT之家認(rèn)為 AI 技術(shù)的引入是非常重要的，特別是有獨(dú)立 AI 處理模塊的情況下，通過(guò)異構(gòu)同步運(yùn)算，可以大大降低 GPU 的工作負(fù)荷。這也是移動(dòng) GPU 發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。
最后是在生態(tài)層面的合作優(yōu)化，就是移動(dòng) GPU 具體應(yīng)用在游戲等場(chǎng)景時(shí)，與終端廠商與內(nèi)容提供商共同進(jìn)行的優(yōu)化，這相當(dāng)于是增效的最后一步，也往往是普通消費(fèi)者最容易感知到的一步。
總之，隨著移動(dòng)終端刷新率、分辨率的不斷提高，內(nèi)容復(fù)雜度不斷提升，乃至未來(lái)元宇宙時(shí)代大規(guī)模、高負(fù)載圖形計(jì)算需求的主線，都對(duì)移動(dòng) GPU 的性能和能效提出了更高的要求，對(duì)于移動(dòng) GPU 來(lái)說(shuō)，必須在兩者的平衡上不斷追求極致，才能滿足未來(lái)高度數(shù)字化娛樂(lè)時(shí)代的需求。相信這也是接下來(lái)移動(dòng) GPU 發(fā)展的主基調(diào)。
聯(lián)發(fā)科先手出擊，移動(dòng) GPU 增效方案應(yīng)運(yùn)而生
當(dāng)了解了移動(dòng) GPU 在未來(lái)發(fā)展的主旋律后，相信很多朋友不禁要問(wèn)，在沿著這個(gè)主基調(diào)前行的路上，行業(yè)現(xiàn)如今的進(jìn)展究竟如何？
前面提到，聯(lián)發(fā)科在今年的 MediaTek 天璣旗艦技術(shù)溝通會(huì)就講到了移動(dòng) GPU 方面的內(nèi)容。一直以來(lái)，聯(lián)發(fā)科在移動(dòng) GPU 發(fā)展方向上的探索都是非常積極且有前瞻性的，一定程度上也能代表行業(yè)里最前沿的研究進(jìn)程。
比如在移動(dòng)光追方面，聯(lián)發(fā)科在去年 10 月就正式發(fā)布了移動(dòng)端光線追蹤 SDK 解決方案。目前聯(lián)發(fā)科頂級(jí)的天璣 9000 移動(dòng)平臺(tái)，就基于 Mail-G710 GPU 實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)端光追圖形渲染技術(shù)，可以有效提升手游畫(huà)質(zhì)，像 OPPO Find X5 Pro 天璣版這樣的產(chǎn)品，還做出了光線追蹤壁紙這樣獨(dú)特的系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用。
要知道，Vulkan 接口標(biāo)準(zhǔn)組織在今年 1 月才發(fā)布支持 Vulkan Raytracing 光追的 API，而聯(lián)發(fā)科在 2020 年 12 月就已經(jīng)提前布局了 Ray Query 技術(shù)方案，其技術(shù)領(lǐng)先性和前瞻性可見(jiàn)一斑。
當(dāng)然，之前的移動(dòng)光追還是基于軟件的，但隨著 Arm 在今年 6 月推出首款移動(dòng)端硬件光追的 GPU 產(chǎn)品 Immortalis-G715，真正的硬件級(jí)移動(dòng)光追已經(jīng)近在眼前。Immortalis-G715 擁有 2 倍的浮點(diǎn)算力提升，對(duì)三角片的輸出能力也提升了 3 倍，同時(shí)還有帶寬的升級(jí)，完全能駕馭復(fù)雜、真實(shí)的光追場(chǎng)景渲染。
聯(lián)發(fā)科也是第一時(shí)間與 ARM 展開(kāi)了合作。在這次溝通會(huì)上，有媒體問(wèn)到了聯(lián)發(fā)科與 Immortalis GPU 合作的進(jìn)展，聯(lián)發(fā)科的回應(yīng)是“即將推出相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品，各位可以再期待一段時(shí)間。”這顯然讓人對(duì)聯(lián)發(fā)科搭載硬件級(jí)移動(dòng)光追的下一代天璣旗艦芯片有了更多期待。
在移動(dòng) GPU 增效方案的探索方面，聯(lián)發(fā)科同樣也是走在了行業(yè)的前面。
前文我們分析到，移動(dòng) GPU 的增效，離不開(kāi)底層軟硬件、AI 等系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化技術(shù)和生態(tài)合作三個(gè)方向，事實(shí)上聯(lián)發(fā)科的具體布局也與這三個(gè)方向密切相關(guān)。
比如在 GPU 芯片底層，聯(lián)發(fā)科的天璣之星生態(tài)實(shí)驗(yàn)室一方面與金標(biāo)聯(lián)盟聯(lián)合推動(dòng) 64 位生態(tài)的普及，因?yàn)樵?64 位計(jì)算環(huán)境下，主流芯片能獲得 13.2% 至 35.2% 的能效提升，更能令游戲幀率平均提升 16%。
另一方面，聯(lián)發(fā)科始終第一時(shí)間支持最新的 Vulkan 標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)?Vulkan 相較于其他圖形接口標(biāo)準(zhǔn)能夠顯著提升 GPU 的效率和性能，在聯(lián)發(fā)科的深度優(yōu)化下，熱門游戲的 Vulkan 性能平均可提升 10%。因此普及 Vulkan 生態(tài)，對(duì)移動(dòng) GPU 的增效很有意義。
當(dāng)然，不可忽略的還有 GPU 芯片本身制程工藝的每年進(jìn)步迭代，也能帶來(lái)大約 15% 的能效收益。聯(lián)發(fā)科的下一代天璣旗艦，定然會(huì)采用最先進(jìn)的制程工藝。
在底層軟硬件優(yōu)化的基礎(chǔ)上，聯(lián)發(fā)科還會(huì)通過(guò)系統(tǒng)調(diào)優(yōu)、GPU 驅(qū)動(dòng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的降載渲染等等，這一部分會(huì)引入 AI 相關(guān)的技術(shù)能力。
不過(guò)與 AI 相關(guān)更引人關(guān)注的，是更上層的優(yōu)化，也就是與應(yīng)用內(nèi)容開(kāi)發(fā)商、終端廠商等生態(tài)伙伴合作的一些自研技術(shù)。
舉個(gè)例子，比如聯(lián)發(fā)科在去年 10 月就預(yù)告過(guò)的移動(dòng)端游戲超分（Game AI-SR）技術(shù)，就是利用 GPU 與 APU 的異構(gòu)方案，在保證相同甚至更高游戲畫(huà)質(zhì)的前提下，來(lái)降低 GPU 的工作負(fù)載，從而提升能效。目前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在于終端廠商 vivo 合作中應(yīng)用在了 vivo X80 系列手機(jī)里。
除了游戲超分，聯(lián)發(fā)科還有自適應(yīng)調(diào)度技術(shù)、可變速率著色等技術(shù)，都實(shí)實(shí)在在提升了移動(dòng) GPU 的能效。
說(shuō)到生態(tài)層面的合作，聯(lián)發(fā)科還提出與內(nèi)容方案商共同定義一系列自適應(yīng)框架，比如谷歌的 ADPF 方案，ARM 的 Adaptive Preformance 框架，還有騰訊的 TGPA 等等，有了這些自適應(yīng)框架，內(nèi)容廠商可以收到來(lái)自系統(tǒng)、芯片實(shí)時(shí)的訊息，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)的負(fù)載調(diào)整，對(duì)于 GPU 的降低負(fù)載有著直接的收益。
可以看到，在聯(lián)發(fā)科這樣的移動(dòng)芯片平臺(tái)解決方案提供商，以及整個(gè)移動(dòng)數(shù)字產(chǎn)業(yè)參與者的共同努力下，移動(dòng) GPU 正朝著“提速增效”的大方向穩(wěn)步前進(jìn)。我們?cè)谝苿?dòng)端數(shù)字娛樂(lè)體驗(yàn)的每一步提升，都讓人無(wú)比期待移動(dòng) GPU 能夠?yàn)槲覀儭颁秩尽背龅拿烂畹奈磥?lái)。
結(jié)語(yǔ)
當(dāng)然，未來(lái)我們要實(shí)現(xiàn)全社會(huì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，在移動(dòng)端僅僅依靠 GPU 的升級(jí)進(jìn)化遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，它是一個(gè)需要各種技術(shù)深度融合才能構(gòu)建的世界。而在這次 MediaTek 天璣旗艦技術(shù)溝通會(huì)上，聯(lián)發(fā)科還分享了包括 AI 圖像語(yǔ)義分割、5G 新雙通、Wi-Fi 7、高保真藍(lán)牙音頻、高精度導(dǎo)航等主題，助力手機(jī)用戶充分享受天璣旗艦技術(shù)帶來(lái)的全場(chǎng)景體驗(yàn)升級(jí)，也為未來(lái)的移動(dòng)數(shù)字化生活做好了充分的準(zhǔn)備。
對(duì)世界級(jí)的科技企業(yè)來(lái)講，技術(shù)硬實(shí)力決定了其能否飛得高，對(duì)市場(chǎng)和用戶需求的洞察和預(yù)判則決定其能否走得遠(yuǎn)。顯然，聯(lián)發(fā)科在這兩方面都做得十分出色，多個(gè)領(lǐng)域的數(shù)年深耕與致力于提升用戶體驗(yàn)的初心共同筑起了一道堅(jiān)實(shí)的壁壘。如今，網(wǎng)傳聯(lián)發(fā)科下一代天璣旗艦芯片天璣 9200 正在走近，在領(lǐng)先的旗艦技術(shù)加持下，或許其將成為的變革新一代終端體驗(yàn)的產(chǎn)品，值得我們共同期待。
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