Imagination下一代GPU：Power VR Wizard解析

21-3-2014 04:09 PM| 发布者: 佳礼编辑 | 评论: 6|原作者: JunJun04035

摘要: 背景解析 Imagination Technologies Group，PowerVR系列GPU的开发以及拥有公司。总部位于伦敦，为当今电话工业里最大，历史最悠久之一的GPU开发商。PowerVR的GPU多通过授权制造（Licensing）于各大蕊片厂商整合进入 ...

背景解析
Imagination Technologies Group，PowerVR系列GPU的开发以及拥有公司。总部位于伦敦，为当今电话工业里最大，历史最悠久之一的GPU开发商。PowerVR的GPU多通过授权制造（Licensing）于各大蕊片厂商整合进入SoC当中，包括三星，苹果，德州仪器，Intel，NEC等。Apple和Intel分别持有Imagination的9%和16%股份。

PowerVR第一波针对电话工业用GPU为PowerVR MBX系列，其中较为著名的是Samsung为Apple iPhone一代打造的S5L8900 （MBX Lite + VGP Lite + FPU (VFP11) + ARM1176）。除此之外，MBX系列蕊片被不同的厂商生产，运用在多部著名的电话中，包括Nokia N95，SE W950，Motorola Moto Q等。

2004年9月，Apple和Imagination进行了一次史无前例的合作：Imagination为Apple量身定做全新的一代GPU：PowerVR SGX。而PowerVR SGX的强大除了把iPhone三四五代推上了业界高峰，也卷起了业界改革。让原本被模式的GPU突然重要起来，走进闪光灯的照耀下，一度让PowerVR红极一时，其产品包括Apple iPhone 3GS，iPhone 4，iPhone 4s，iPhone 5，Samsung Galaxy（以及衍生系列）， Motorola Droid系列以及Samsung Hummingbird 产品系列（魅族M9，Nokia N9等）

一直到今天，Apple全部的产品搭载PowerVR GPU蕊片。

PowerVR 6XT的延伸：Wizard系列
PowerVR推出第六代GPU至今已经有两次次提升，也就是低阶的6XE系列以及提升功耗表现的6XT系列。著名的产品为Apple A7，搭载于iPhone 5s， iPad Air和iPad Mini二代。

而今天PowerVR推出的Wizard系列依旧基于6XT系列的硬体构造和制程工艺，唯一改变的地方为增加了独立硬体部件以进行针对光线追踪作业。Imagination一直是光线追踪技术（Ray Tracing，RT）拥护者，更于2010年创办了OpenRL API以提供RT技术的运用。而这次发布的Wizard系列GPU的RT硬件不是半吊子的坑人东西，而是完整的RT硬体。

相比起PowerVR 6XT，PowerVR6代Wizard多了四个全新的硬体单位（下图蓝色部件）。而这四个部件分担了RT工作，包括了RT运算单位，光线主数据库，场景图生成单位以及框架累积缓冲。这些硬体全部位于蕊片的母线上，通过直接与非直接的管道连接USCA（Unified Shading Cluster Array）。但是，所有的RT计算在独立的RT单位内完成，不影响USCA的资源运用。

PowerVR 6代 Rogue XT结构图

PowerVR 6代 Wizard结构图

什么是光线追踪
PowerVR6代Wizard主打的特色是独立化硬体：管线追踪（RT）其实并不是一个崭新的技术，生于80年代末的光RT在2007年后得以被大众知晓，却一直缺乏厂商的推广（包括硬体和软体厂商）而至今并没有特别的引人注目。

而Imagination则看中了这个市场上的空缺，决定透过独立硬体把RT代入移动设备中，让RT能真正的发挥其特色：让画面逼真至摄影水准。

大自然界中，光线在碰击不一样的物体（光滑vs粗燥），透过不一样的物体（不透明vs半透明vs透明）会产生不一样的折射，闪射，偏射和反射效果，进而形成我们肉眼看见的画面。而大部分的电脑显示画面，为了节省资源而大量运用栅格化技术（Rasterisation），直接的把矢量显示数据转换成位图已进行显示，过程中导致大量的品质流失。

而RT技术则是通过追踪观众看到的光线所经过的路途中所遇到的不一样的媒介而产生不一样的渲染，可以提升画面质量到几乎媲美摄影素质。

但是RT的最大敌人一直是硬体：2008年Intel第一次对外宣传RT技术（Quake War Ray Traced）运行在一个2.93Ghz 16核心平台（4个处理器每个处理器4核心）。重点是，而这个宣传短片只有720p，却只得最高29FPS的成绩。

后来，越来越多的厂商加入了RT阵营，现有Nvdia的OptiX框架，后有著名的Adobe AfterEffects等软件商提供RT渲染技术。

PowerVR Wizard的RT运用
目前，Imagination并没有释放太多关于这颗GPU的资料，如，我们无从得知两个独立的计算单位（USCA和RTU）是如何互相配合的；又如我们只知道，根据Imagination提供的资料，Wizard的RTU计算能力为每秒3亿束光线，240亿节点测试以及1亿动态三角渲染，但我们却无从得知这些性能如何与其原本的150GFLOPS的32bit浮点运算能力共存。其他的，如蕊片大小，功耗等资料Imagination一概没有释放，我们只知道蕊片封装不变。

综合以上的各点，我们似乎又回到原点上：为何Imagination会选择RT呢？显而易见的答案肯定是目前的渲染方法是无法表达某些特效，就好比动态影子这个困扰了业界多年的问题，似乎让RT的存在合理化。但是除了游戏有着明显的提升之外，还有什么呢？