作者：Benny Har-Even

去年Imagination推出了最新的圖形架構(gòu)Furian，自2012年來(lái)首次對(duì)PowerVR進(jìn)行了重大更新。這意味著在滿足越來(lái)越多的器件性能需求方面邁出了重要的一步，尤其對(duì)于一些新的應(yīng)用場(chǎng)景比如AR、VR和AI，這使得PowerVR在嵌入式GPU中保持最高的功效和性能。

Furian在設(shè)計(jì)之初就考慮到了可擴(kuò)展性，無(wú)論著色處理單元（SPUs）的數(shù)量如何都能確保性能和面積效率的一致性。在這篇文章中，我們將特別關(guān)注該架構(gòu)的功效，以及是如何確保在每瓦特性能方面領(lǐng)先于其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

繼Furian架構(gòu)之后我們推出了第一個(gè)基于Furian的處理器核并且提供授權(quán)——PowerVR GT8525，現(xiàn)在我們又推出了PowerVR GT8540——這是一款針對(duì)于高端移動(dòng)通信和汽車市場(chǎng)的四集群設(shè)計(jì)。

與目前高端智能手機(jī)和平板電腦上的多核設(shè)計(jì)相比， PowerVR GT8525中包含了雙集群的單一著色處理單元（SPU），作為第一款用于授權(quán)的Furian架構(gòu)GPU來(lái)說(shuō)是一個(gè)相當(dāng)合適的選擇。然而它不應(yīng)該被低估，這款單SPU設(shè)計(jì)的性能已證明了Furian架構(gòu)對(duì)游戲的影響。

作為技術(shù)發(fā)燒友我們致力于開(kāi)發(fā)領(lǐng)先的圖形設(shè)計(jì)，Imagination的高端產(chǎn)品一直擁有大量粉絲。事實(shí)上我們很多人口袋中都裝著性能強(qiáng)大的高端設(shè)備。然而這類設(shè)備在價(jià)格上無(wú)疑是昂貴的，而且越來(lái)越多的人認(rèn)為對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)成本低、價(jià)格合適、有足夠功能的產(chǎn)品更加的適用，這在很大程度上要精確到GPU，我們推出的PowerVR GT8525正適合這樣的“超級(jí)中端”市場(chǎng)。

對(duì)于很多人來(lái)說(shuō)，一款價(jià)格合理的設(shè)備能夠提供足夠的性能來(lái)處理日常任務(wù)，比如網(wǎng)頁(yè)瀏覽、查看社交媒體以及流暢的操作一些復(fù)雜的視覺(jué)游戲。它們甚至足以讓用戶體驗(yàn)一些新的應(yīng)用，比如基于AR、VR和AI的應(yīng)用。更重要的是中端市場(chǎng)的SoC傳統(tǒng)上并不會(huì)采用先進(jìn)的制造工藝，這將限制它們可用的功耗預(yù)算，因此采用更小型的GPU更可取。正是因?yàn)槿绱?，這使得PowerVR GT8525的發(fā)布成為SoC供應(yīng)商理想的GPU，這得益于它在性能和效率之間的理想平衡。

架構(gòu)效率

然而在功效方面真正使我們能夠保持領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)是因?yàn)榻⒃赗ogue基礎(chǔ)上的Furian架構(gòu)所帶來(lái)的變化和提升。這些變化為的是優(yōu)化內(nèi)部效率，能夠在給定的功耗要求下提供更多的性能。

更高效的SPU

其中一個(gè)變化是在著色處理單元（SPU），它被重構(gòu)建以更高效的使用算數(shù)邏輯單元（ALU）。正如上圖所示紋理單元已經(jīng)有自己的緩存，確保在訪問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)不需要與統(tǒng)一著色集群（USCs）發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)——結(jié)果就是使用更低的功耗同時(shí)提高吞吐量效率。紋理單元目前具有雙倍的填充效率，每個(gè)時(shí)鐘處理8個(gè)像素單元，僅在面積上略有增加。

2D Data Master（數(shù)據(jù)管理）

另一個(gè)提升是關(guān)于2D的數(shù)據(jù)管理（2D Data Master），2D Data Master第一次引入是在Series7XT，在這個(gè)有了進(jìn)一步的提升?，F(xiàn)在它完全采用異步處理，內(nèi)核利用率和功效更高。它允許獨(dú)立提交2D工作任務(wù)，繞過(guò)所有Tile（貼片）的工作開(kāi)銷（比如調(diào)用3D來(lái)處理2D任務(wù)時(shí)），這使得像創(chuàng)建UIs等場(chǎng)合的效率大大提高——而且最重要的是這有助于降低功耗。

管道流加倍

另一個(gè)提高整體效率的主要原因是對(duì)主要ALU管道的改變（見(jiàn)下圖）。管道數(shù)據(jù)位寬進(jìn)行了加倍，從16增加到32——每個(gè)時(shí)鐘的吞吐量也加倍了。但關(guān)鍵的是由于內(nèi)部設(shè)計(jì)的精簡(jiǎn)和更多的共享控制邏輯，它并不會(huì)占用兩倍的硅面積。在Rougue架構(gòu)中這個(gè)管道包括兩個(gè)乘加功能模塊（MADs）。然而在仔細(xì)分析了開(kāi)發(fā)人員編寫(xiě)的著色器和內(nèi)核代碼之后，很明顯的發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)MADs很少被充分利用，因?yàn)閷?duì)于編譯器來(lái)說(shuō)同時(shí)使用兩個(gè)MADs是很困難的。

因此在Furian架構(gòu)中我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)MAD和一個(gè)MUL，在實(shí)際情況中能夠提供更多的性能，同時(shí)控制硅面積的成本在嚴(yán)格的范圍內(nèi)。在一些場(chǎng)景可能需要兩個(gè)MAD操作，F(xiàn)urian采用的雙倍帶寬管道能夠提供匹敵Rogue架構(gòu)的性能（16×2 MADs = 32×1 MAD），因此在這個(gè)意義上說(shuō)即使在最壞的情況下我們也并沒(méi)有失去什么，大多數(shù)情況下帶來(lái)的是吞吐量的顯著提升。

減少延遲

變化還不止于此，現(xiàn)在GPU驅(qū)動(dòng)程序和GPU之間的函數(shù)調(diào)用不再需要通過(guò)OS（操作系統(tǒng)）內(nèi)核層了，采用的是“用戶模式隊(duì)列”直接進(jìn)行通信，降低了開(kāi)銷和延遲，從而再次降低了功耗。

除此之外，現(xiàn)在GPU支持對(duì)更多本地內(nèi)存地址的同步訪問(wèn)，這意味著每個(gè)ALU管道都可以直接訪問(wèn)它們所需的內(nèi)存區(qū)域而不需要停機(jī)。

結(jié)論

那么這些變化的結(jié)果是什么呢？從下圖中我們可以看到采用目前流行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Kishonti GFXBench Manhattan 3.0 benchmark進(jìn)行測(cè)試，Series8XT GT8525比PowerVR GT7450提供更多的fps/W參數(shù)，我們上一代等效GPU與之前的15fps相比可以達(dá)到35fps（fps（每秒幀數(shù)）指的是游戲在設(shè)備上運(yùn)行的流暢程度，數(shù)字越大表示終端用戶的體驗(yàn)越好）。更小的硅片面積（如下圖更小的圈所示）也是另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

盡管功效是GPU的一個(gè)重要的綜合測(cè)量指標(biāo)，但同樣重要的是絕對(duì)功耗，移動(dòng)設(shè)備的SoC功耗一般被限制在3—3.5W，其中GPU占功率消耗的30%—50%。估計(jì)在35fps/W的情況下，Series8XT GT8525采用中端SoC制造工藝TSMC 10FF能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)合適的功耗值，GPU的功耗控制在1.5W以下。

為了更直觀的展現(xiàn)，針對(duì)我們上一代的Series7XT，我們期望在實(shí)現(xiàn)相同性能指標(biāo)（iso性能）的基礎(chǔ)上，Series8XT GT8525比Series7XT GT7450降低60%的功耗，這意味著性能功耗比將達(dá)到令人難以置信的75%！對(duì)于終端用戶來(lái)說(shuō)，這意味著他們的設(shè)備將能夠持續(xù)使用更長(zhǎng)的時(shí)間，尤其對(duì)于一些使用場(chǎng)景比如玩游戲。

當(dāng)然我們業(yè)界領(lǐng)先的功效特性是基于我們的TBDR（分塊延遲渲染）技術(shù)，我們只需要渲染屏幕上能夠看到的像素，這也是Furian架構(gòu)所采用的的技術(shù)。如果你想了解更多，請(qǐng)查看我們之前的博客文章：深入探究TBDR。

總結(jié)

正如你所看到的，F(xiàn)urian架構(gòu)所引入的這些變化使得PowerVR Series8XT GT8525具有非常高的性價(jià)比，提高了大部分市場(chǎng)的器件門檻。我們已經(jīng)向關(guān)鍵客戶授權(quán)了我們的首款Series8XT內(nèi)核，我們期待在2018年提供更多選擇。