English
version
Задать вопрос

Новости

8 ноября 2019

Графические ускорители PowerVR компании Imagination Technologies: что нужно знать

8 ноября 2019 года — Сайт androidauthority.com опубликовал обзор Гэри Симса (Gary Sims), посвященный графическим ускорителям PowerVR компании Imagination Technologies. Когда дело касается графики для смартфонов, отмечает автор обзора, большинство устройств на ОС Android используют графические процессоры (ГПУ) от двух компаний — Qualcomm (Adreno) или Arm (Mali). Но есть и еще один игрок на рынке.

PowerVR – это линейка графических процессоров, выпускаемых компанией Imagination Technologies. Процессор MediaTek Helio P90 использует PowerVR GM9446, в MediaTek Helio X30 используется PowerVR 7XTP-MT4, а в Helio P22 встроен PowerVR GE8320. В других процессорах MediaTek, в том числе Helio P35, Helio X10 и MT8183 (на них построены Amazon Kindle Fire HD), также используются ГПУ PowerVR. И это не только устройства компании MediaTek. Например, процессор Unisoc SC9861G-IA использует ГПУ PowerVR GT7200. Линейка устройств Intel Atom содержит несколько моделей с графическими процессорами PowerVR. Их же можно найти в процессорах компаний Allwinner и Rockchip.

До недавнего времени Apple также использовала графические ускорители Imagination в своих процессорах серии A. Процессор Apple A4, установленный в iPhone 4, был оборудован ускорителем PowerVR SGX 535. В процессорах A5 и A6 использовался PowerVR SGX543, в процессоре A7 — PowerVR G6430, в A8 — GX6450, а в A9 — GT7600. Однако затем Apple решила отказаться от PowerVR, и в A10, вероятно, уже использовался некий гибридный графический процессор собственной разработки.

Прекращение сотрудничества Apple с Imagination Technologies нанесло серьезный урон последней. Тем не менее ГПУ PowerVR не умерли, и у них потенциально есть большое будущее. Графические ускорители используются не только в смартфонах. Все виды устройств, от ТВ-приставок и умных телевизоров до автомобильных информационно-развлекательных систем и медицинского оборудования, используют графические процессоры. Кроме того, продолжающееся использование ГПУ PowerVR в новых процессорах, таких как Helio P90, означает, что производители СнК по-прежнему рассматривают ГПУ PowerVR как жизнеспособный вариант. Как считает автор публикации, текущий ландшафт разработчиков графических ускорителей меняется, и если у Imagination получится оседлать волну, то компания может выйти в лидеры этого рынка.

Архитектура PowerVR

На это указывает ряд обстоятельств. В настоящее время у Imagination есть две основные архитектуры ГПУ: Rogue и Furian. Первые ГПУ на базе архитектуры Rogue были выпущены в 2012 году в устройствах линейки PowerVR Series 6. Далее архитектура Rogue была доработана, она развивалась на протяжении нескольких лет и послужила основой для всех графических процессоров Imagination вплоть до устройств линеек Series9XE и Series9XM, датированных 2017 годом. Furian — это более новая архитектура ГПУ, первое значительное архитектурное обновление у компании 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. Ни один из анонсированных мобильных процессоров на данный момент не использует ГПУ Furian.

Номера PowerVR

В ГПУ PowerVR обычно используются четырехзначные номера устройств. Графический процессор в Helio P90 — это GM9446, тогда как в Helio P22 используется GE8320. 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 пиксельной скорости. Таким образом, «4» означает восемь пикселей за такт, «2» означает четыре пикселя за такт, а «1» означает два пикселя за такт. Третья цифра указывает на вычислительную мощность графического процессора. Некоторые производители ГПУ указывают количество «ядер» в их устройствах. Термин «ядро» может трактоваться очень вольно – то, что один вендор подразумевает под «ядром», отличается от представления другого вендора. Если кратко, то чем выше третья цифра, тем выше производительность. Скорости различаются для каждого поколения, но если смотреть внутри линейки ГПУ Series9, то:

1 = 64 FP16 FLOP (операций с плавающей точкой чисел с половинной точностью)/такт

2 = 128 FP16 FLOPs/такт

4 = 256 FP16 FLOPs/такт

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 в конце) не поддерживает его.

Ядра, исполнительные устройства, АЛУ

В прошлом 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 рассчитывали цвет пикселя на основе информации об освещении и текстуре. Эти шейдеры были программируемыми и, как правило, пиксельных шейдеров было больше, чем вершинных шейдеров. Шейдеры со временем стали ядрами, и с появлением унифицированной шейдерной модели (Unified Shader Model), где шейдер может выступать и в качестве вершинного шейдера, и в качестве пиксельного шейдера, термин «ядро» стал еще более популярным.

По мере развития графических процессоров форма этих ядер начала меняться. Ранее одно шейдерное ядро содержало в себе всю необходимую логику, обеспечивающую планирование, исполнение 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 «толще» в середине. Это позволило удвоить или даже учетверить пропускную способность ядра шейдера, но теперь возник вопрос, выбирать ли одно ядро с четырьмя исполнительными устройствами или четыре ядра. В графических процессорах PowerVR блоки, выполняющие математические вычисления, называются арифметическими логическими устройствами (АЛУ). Они выпускаются в 16-битном и 32-битном вариантах и сгруппированы в кластеры. Так, графический процессор PowerVR GX6650 имеет шесть кластеров, в которых 192 32-битных (FP32) ядра АЛУ.

Ландшафт ГПУ меняется

Раньше у графических процессоров была всего одна и только одна работа — 3D-графика, но времена меняются. Теперь графические процессоры заняты во всех видах высоко-параллельных задач в научных вычислениях и машинном обучении. Большая часть таких задач всё еще решается на суперкомпьютерах или на машинах со множеством high-end видеокарт. Тем не менее, постепенно такие задачи начинают переноситься и на мобильные графические процессоры. Современные флагманские смартфоны могут сами решать задачи инференции нейронных сетей, например, осуществлять распознавание объектов прямо на телефоне с камеры. В ОС Android теперь есть нейросетевой API, который может задействовать графический процессор, если есть нужные драйверы.

Графические процессоры PowerVR являются частью этого меняющегося ландшафта — они совместимы с OpenCL и используемой в Android нейронной сетью HAL. Если будет недостаточно просто запустить нейронную сеть на ГПУ, то в линейке устройств Imagination также есть ускоритель нейронной сети, который поддерживает нейронную сеть Android HAL, фреймворки Caffe и TensorFlow.

Еще есть трассировка лучей. Недавно Nvidia попала в заголовки новостей благодаря графическим процессорам для настольных ПК, способным выполнять трассировку лучей в реальном времени. Вносящая оживление технология трассировки лучей — это метод, который «прокладывает» путь световых лучей в трехмерной среде. Он нацелен на то, чтобы точно имитировать реальную физику света. В результате появляются очень реалистичные эффекты освещения, тени, отражения и преломления.

В течение многих лет компания Imagination была лидером в аппаратной поддержке трассировки лучей, и хотя трассировка лучей еще не встроена в мобильные процессоры компании, она, безусловно, завоевывает популярность в настольных ПК. В настоящее время Imagination не продает графические карты с поддержкой трассировки лучей для настольных компьютеров, но компания в качестве проверки технологии выпустила несколько мобильных устройств, в том числе PowerVR GR6500.

Может показаться странным, что компания, которая не продает какие-либо реальные аппаратные средства трассировки лучей, является «лидером в аппаратной трассировке лучей». Всё дело в интеллектуальной собственности. Imagination не производит чипы, все её технологии ГПУ лицензированы производителями чипов, такими как MediaTek, и являются составной частью мобильных процессоров наряду с ЦПУ и другими блоками. То же самое, вероятно, относится к аппаратной технологии и методам трассировки лучей.

Рынок мобильных ГПУ очень изменчив. Контракты заключаются и разрываются. Производители мобильных процессоров всегда ищут преимущество над конкурентами с точки зрения производительности, энергоэффективности, стоимости и функциональности устройства. Хотя сейчас у Imagination и Apple иные отношения, чем раньше, разные производители чипов нуждаются в ГПУ-компонентах, в том числе MediaTek. Помимо MediaTek есть и другие компании, не только в мобильном сегменте, но и на других рынках, таких как автомобильные устройства, домашние развлекательные системы, медицинская техника.

Источник

Теги
Мы в соцсетях