對于每一代 GPU，Imagination 內(nèi)部的性能團隊都會運行廣泛的測試內(nèi)容，分析并理解不同類型的工作負載及其瓶頸。作為分析的一部分，數(shù)據(jù)顯示許多現(xiàn)代游戲在執(zhí)行后處理算法上花費了越來越多的時間，以實現(xiàn)景深、光暈、模糊等效果。

大多數(shù)這些后處理過程都是以紋理采樣為主的過濾效果，它們對算術(shù)邏輯單元 (ALU) 的要求不高，但受限于紋理處理單元 (TPU) 的吞吐率。解決這個問題的一種方法是簡單地改變 TPU 單元與 USC/ALU 比例。然而，我們的分析表明這并非一個好策略，原因有以下幾點。

首先，在常規(guī)渲染過程中，D系列 GPU 中 ALU 與 TPU 的比例已經(jīng)是最佳的，增加更多的 TPU 并不會帶來任何好處，因為工作負載受限于 ALU。同時，其他處理過程是 TPU 密集型的，同時也是帶寬密集型的，因此增強 TPU 并不會有幫助，因為沒有足夠的帶寬來滿足額外的 TPU 吞吐量，因此性能不會得到提升。

我們的團隊發(fā)現(xiàn)后處理工作負載以及計算圖像處理工作負載具有以下特點：

• 在一個區(qū)域內(nèi)進行規(guī)則的處理/采樣，有大量的采樣點重復利用，這些采樣點命中紋理緩存；

• 對單一渲染目標/紋理進行2D采樣，不涉及層次細節(jié) (LOD) 和透視。

上述兩個特性促使我們在 D系列 GPU 中實現(xiàn)了新的 TPU 模式，可以使性能翻倍，但僅當硬件檢測到這些特性時才生效。第一個特性是重要的，因為常規(guī)的采樣加上樣本重復利用率高（例如，移動窗口濾波器）可以避免帶寬限制。第二個特性也是重要的，因為它使我們能夠保持重復邏輯的數(shù)量較低，避免所有 TPU 邏輯均翻倍的前提下，提供峰值吞吐率翻倍的效果。

這種方法的結(jié)果是適度增加了TPU 的大小，但在策略生效的情況下性能翻倍，同時保持與總體特性相平衡。IMG D 系列 GPU 實現(xiàn)了真正的加速，并避免了 ALU 和/或帶寬瓶頸情況，這些情況下 TPU 已經(jīng)足夠快。這意味著對于某些類型的處理，DXT-48-1536 將有效地表現(xiàn)出等同 DXT-96-1536的性能，每時鐘處理雙倍數(shù)量的雙線性濾波紋理樣本，與前代 CXT-48-1536 相比則可提供兩倍的執(zhí)行速率。

作為示例，下圖顯示了一個典型的手機游戲及其渲染過程。頂部的條形圖從左邊開始，顯示了各種 Vulkan 渲染過程，其中包含幾個預處理過程，通常用于陰影貼圖，對深度測試單元造成很大壓力。渲染的第二階段是主場景，本例中是一個 GBuffer 渲染過程和一個光照過程。我們可以看到，這是幀處理時間的主要部分，ALU和 TPU 的負載相對均衡；這通過紅色曲線（TPU 負載）和綠色曲線（ALU 負載）表示。我們可以看到，隨著時間的推移，兩者都顯示出平均利用率，這對于主場景來說是典型的，其中 ALU 和 TPU 工作的混合比例平衡。

最讓我們感興趣的渲染過程是最后一組，即后處理過程。通常，這是在之前的主渲染過程之上應用光暈、模糊等許多 HDR 風格后處理效果的地方。在這個區(qū)域值得注意的是，紅色的 TPU 曲線在很多情況下都升高，而綠色的 ALU 曲線卻非常低。這表明 TPU 單元造成了處理瓶頸——而這正是 2D 雙速率 TPU 設計要解決的問題。它為這些工作負載將 TPU 的速度翻倍，從而將渲染時間減少了一半，加快了幀渲染的速度。