Содержание

• Именование
• Понимание номера модели
• Ядра, исполнительные узлы, АЛУ
• Ландшафт графического процессора меняется
• Заворачивать

Что касается графики для смартфонов, большинство устройств Android используют графические процессоры (GPU) Qualcomm (Adreno) или Arm (Мали), но, как сказал бы Йода, есть и другое.

Возможно, вы заметили название PowerVR по отношению к некоторым процессорам Android. PowerVR - это серия графических процессоров от Imagination Technologies. Процессор MediaTek Helio P90 использует PowerVR GM9446, MediaTek Helio X30 использует PowerVR 7XTP-MT4, а Helio P22 использует PowerVR GE8320. Другие процессоры MediaTek, в том числе Helio P35, Helio X10 и MT8183 (найденные в Amazon Kindle Fire HD), также используют графические процессоры PowerVR.

Это не просто MediaTek. Unisoc SC9861G-IA использует PowerVR GT7200. Линейка Intel Atom имеет несколько моделей с графическими процессорами PowerVR. PowerVR также можно найти в процессорах от Allwinner и Rockchip.

Слон в комнате Apple. До недавнего времени Apple включала графические процессоры Imagination в свои процессоры серии A. Процессор Apple A4, обнаруженный в iPhone 4, использовал PowerVR SGX 535. A5 и A6 использовали PowerVR SGX543, A7 использовали PowerVR G6430, A8 использовали GX6450, а A9 использовал GT7600. И на этом все закончилось довольно резко. В то время как A10, вероятно, использовал какой-то гибридный графический процессор, отношения Apple с Imagination кардинально изменились. Результатом стал переворот для компании на коммерческом уровне. Вначале произошли изменения (генеральный директор и финансовый директор), компания продала свое подразделение MIPS CPU, и в итоге оставшаяся часть компании была приобретена Canyon Bridge, китайским фондом прямых инвестиций.

Слон в комнате Apple.

Однако графические процессоры PowerVR не умерли, и у них есть большое будущее. Графические процессоры встречаются не только в смартфонах. Все виды устройств от приставок, умных телевизоров, автомобильных информационно-развлекательных систем и медицинского оборудования, все используют графические процессоры. Во-вторых, продолжающееся использование графических процессоров PowerVR в новых процессорах, таких как Helio P90, означает, что производители SoC по-прежнему рассматривают графический процессор PowerVR как жизнеспособный вариант. В-третьих, текущая ситуация с графическим процессором меняется, и если Imagination сможет преодолеть волну, он может выйти на первое место. Подробнее об этом позже.

Именование

Называть вещи всегда сложно, но некоторые компании лучше других. Схемы именования графических процессоров Qualcomm и Arm относительно просты. Схема именования Imagination GPU немного более тонкая!

Первая ключевая информация заключается в том, что в настоящее время у компании есть две основные архитектуры графических процессоров: Rogue и Furian. Первые основанные на Rogue графические процессоры были выпущены в 2012 году с графическими процессорами PowerVR Series6. Архитектура Rogue была доработана и разрабатывалась на протяжении многих лет и послужила основой для всех графических процессоров Imaginations вплоть до графических процессоров Series9XE и Series9XM 2017 года.

Furian - это более новая архитектура графического процессора, первое обновление архитектуры Imagination с 2012 года. На данный момент существует два графических процессора Furian: PowerVR GT8525 и PowerVR GT8540. Оба являются частью линейки PowerVR Series8XT, что немного сбивает с толку, поскольку графические процессоры Series9XE и XM используют более старую архитектуру Rogue, как и Series8XE и Series8XE Plus. В настоящее время нет мобильных анонсированных процессоров Furian.

Понимание номера модели

В графических процессорах PowerVR обычно используются четырехзначные номера моделей. Графический процессор в Helio P90 - это GM9446, тогда как Helio P22 использует GE8320. Что означают все эти цифры?

Первая цифра - это номер серии. Таким образом, все процессоры в линейках Series8XE и XE Plus начинаются с 8. Процессоры в линейке Series9 начинаются с девяти и так далее.

Вторая цифра указывает, сколько пикселей обрабатывается за такт. Как правило, указанное число составляет половину фактической скорости пикселей. Таким образом, «4» означает восемь пикселей за такт, «2» означает четыре пикселя за такт, а «1» означает два пикселя за такт.

В настоящее время компания имеет две основные архитектуры графических процессоров: Rogue и Furian.

Третья цифра указывает на вычислительную мощность графического процессора. Некоторые производители GPU указывают количество «ядер» в GPU.Термин «ядро» открыт для некоторого творческого учета, а также для некоторых технических раздумий, означающих, что то, что один вендор подразумевает под «ядром», отличается от другого. Сейчас я углублюсь в эту тему немного глубже, но чем выше третья цифра, тем выше производительность. Скорости различны для каждого поколения, но для графических процессоров Series9:

• 1 = 64 FP16 FLOPs / Clock
• 2 = 128 FP16 FLOPs / Clock
• 4 = 256 FP16 FLOPs / Clock

Последняя цифра является признаком функции. Например, GE8322 (обратите внимание на два в конце) поддерживает сжатие буфера кадра PVRIC (алгоритм сжатия и декомпрессии без потерь в PowerVR), тогда как GE8340 (обратите внимание на ноль) не поддерживает его.

Ядра, исполнительные узлы, АЛУ

Давным-давно, во вселенной далеко-далеко, графические процессоры использовали два разных типа шейдеров. Вершинные шейдеры, которые отвечали за выполнение преобразований в списке точек (вершин) из трехмерного мира в двухмерный мир плоского экрана; и пиксельные шейдеры, которые рассчитывают цвет пикселя на основе информации о освещении и текстуре. Эти шейдеры были программируемыми и, как правило, пиксельных шейдеров было больше, чем шейдеров Vertex.

Шейдеры стали называться ядрами, и с появлением модели унифицированных шейдеров, где шейдер может выступать в качестве шейдера Vertex или пиксельного шейдера, термин «ядро» стал еще более популярным.

По мере развития графических процессоров форма этих ядер начала меняться. Ранее одно ядро ​​шейдера содержало всю необходимую логику, включая планирование, выполнение и отправку инструкций, выполняемых в шейдере (потому что они программируемые). Для увеличения пропускной способности разработчики графических процессоров начали увеличивать некоторые части конструкции шейдера, делая их «толстыми» в середине. Это может удвоить или увеличить в четыре раза пропускную способность ядра шейдера, но теперь возникает вопрос, иметь ли одно ядро ​​с четырьмя исполнительными блоками или четырьмя ядрами.

В графических процессорах PowerVR биты, выполняющие фактическую математику, называются арифметическими логическими единицами (ALU). Они выпускаются в 16-битном и 32-битном вариантах и ​​сгруппированы в кластеры.

PowerVR GX6650 имеет шесть кластеров с 192 32-битными (FP32) ядрами ALU, нужно ли его называть 192-ядерным GPU? Возможно, схема именования в Imagination - лучший подход в конце концов!

Ландшафт графического процессора меняется

Раньше у графических процессоров была одна работа и только одна работа, 3D-графика, но времена, когда они меняются. Теперь графические процессоры выполняют все виды высокопараллельных задач в научных вычислениях и машинном обучении. Большая часть этого все еще происходит на суперкомпьютерах или на машинах, построенных с несколькими высококачественными видеокартами. Тем не менее, он начинает распространяться на мобильные графические процессоры. Современные флагманские смартфоны могут запускать модели логического вывода нейронных сетей, например, распознавание объектов в приложении камеры. У самого Android теперь есть нейросетевой API, который может использовать графический процессор, если есть нужные драйверы.

Графические процессоры PowerVR являются частью этого меняющегося ландшафта и совместимы с OpenCL и нейронной сетью Android HAL. Если запустить нейронную сеть на GPU недостаточно, то Imagination также имеет ускоритель нейронной сети, который поддерживает нейронную сеть Android HAL, Caffe и TensorFlow.

И тогда есть Raytracing.

Тогда есть трассировка лучей. Недавно Nvidia попала в заголовки новостей благодаря настольным графическим процессорам, способным выполнять трассировку лучей в реальном времени. Для повышения квалификации трассировка лучей - это метод, который «отслеживает» путь световых лучей в трехмерной среде. Это стремится близко подражать фактической физике света. Результатом являются очень реалистичные эффекты освещения, тени, отражения и преломления.

В течение многих лет компания Imagination была лидером в аппаратной трассировке лучей, и, хотя ее еще нет в мобильных процессорах компании, она, безусловно, завоевывает популярность на настольных ПК. В настоящее время компания Imagination не продает графические карты raytracing для настольных компьютеров, но она выпустила несколько проверенных мобильных устройств, в том числе PowerVR GR6500.

Вы можете быть удивлены, как компания, которая не продает какие-либо реальные аппаратные средства трассировки лучей, может быть «лидером в аппаратной трассировке лучей». Ответ - интеллектуальная собственность. Воображение не производит чипы, вся его технология GPU лицензирована производителями чипов, такими как MediaTek, и включена в мобильные процессоры вместе с процессором и другими компонентами.

То же самое, вероятно, относится к его аппаратным технологиям и технологиям трассировки лучей. Воображение не делало публичных заявлений о том, кто лицензирует его технологию трассировки лучей, но мы можем спекулировать!

Рынок мобильных графических процессоров очень изменчив. Контракты выиграны, а контракты потеряны. Производители мобильных процессоров всегда ищут преимущество над конкурентами с точки зрения производительности, энергоэффективности, стоимости и функций. В то время как у Imagination и Apple сегодня разные отношения, другим производителям чипов нужны компоненты для графических процессоров, в том числе MediaTek. Помимо MediaTek есть и другие возможности, не только в мобильном, но и на других рынках, таких как автомобильные, домашние развлечения и медицина.

Удастся ли когда-нибудь Samsung от своего нынешнего поставщика графических процессоров? А как насчет Huawei? Есть ли еще место для PowerVR наряду с процессорами Intel для планшетов? Как насчет Unisoc или Xiaomi Pinecone, или даже о давно известной следующей версии процессора NUCLUN от LG?

Заворачивать

Графические процессоры PowerVR являются альтернативой графического процессора для экосистемы Android после предложений Qualcomm и Arm. Нам еще предстоит увидеть мобильный графический процессор на базе Furian в реальном чипе, и было бы интересно увидеть его. С появлением мобильного машинного обучения и обещаниями возможной технологии трассировки лучей в мобильных процессорах нам всем было бы разумно следить за воображением, потому что мы все можем быть удивлены, увидев, какие графические процессоры PowerVR появятся дальше!