當前互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將我們帶進了一個初步的數(shù)字化世界中。相信大家也有同感，日常工作、生活、娛樂等方方面面已經(jīng)很大程度上建立在數(shù)字技術(shù)之上。
那么，這些數(shù)字技術(shù)具體包括哪些呢？除了我們大家熟知的5G、Wi-Fi 等通信技術(shù)，支撐我們數(shù)字娛樂生活的，其實還有一項關(guān)鍵技術(shù)：GPU。
特別是在當前移動化浪潮席卷一切的背景下，移動GPU會迎來怎樣的發(fā)展，也是目前科技界最重要的課題之一。眾所周知，GPU和CPU不同，CPU核心數(shù)少，但擁有足夠多的數(shù)字和邏輯運算單元，因此擅長通用的數(shù)字邏輯運算。而GPU核心數(shù)眾多，每個核擁有的緩存相對較小，非常擅長進行大規(guī)模數(shù)據(jù)并行計算。而圖形計算就是這種類型的計算，因此天然適合由 GPU 來完成。
就移動端來說，目前負載最高、效果最極致的圖形計算主要是游戲場景，而且隨著移動游戲的市場規(guī)模越來越成為主流，游戲畫面品質(zhì)的提升會成為剛需，這將非常考驗移動 GPU 的整體性能。
同時，以XR為核心技術(shù)的元宇宙正在大步向前，這無疑也將需要更大規(guī)模的圖形即時演算，因此，移動GPU的性能演進勢在必行。
但同時，考慮到移動終端移動性，在高性能負載下無法承載體積龐大的散熱體系，這就需要移動GPU同時也擁有強大的能效表現(xiàn)。
所以，與桌面端GPU以狂飆性能為主的發(fā)展趨勢不同，移動GPU必然會朝著性能與能效極致平衡的方向發(fā)展。
眾所周知，性能與能效是一對矛盾綜合體，所以某種程度上來說，想要實現(xiàn)性能和能效的極致平衡，是比狂堆性能更艱巨的挑戰(zhàn)。
如何完成這個挑戰(zhàn)？聯(lián)發(fā)科從提高性能和增效兩條并行的路徑給出了答案。
不久前，聯(lián)發(fā)科舉辦了一場MediaTek天璣旗艦技術(shù)溝通會。從這場溝通會中，我們就能看到目前行業(yè)領(lǐng)先的移動芯片平臺解決方案提供者，是如何探索移動 GPU 提高性能與增效方案的，同時也可以讓我們一窺移動 GPU 的未來發(fā)展。
首先看性能，這一點可以參考桌面端 GPU 的發(fā)展趨勢。說起桌面 GPU 的“性能魔法”，這兩年最炙手可熱的無疑就是光線追蹤技術(shù)。光線追蹤能夠最大程度模擬現(xiàn)實世界中光線折射、反射的原理和效果，從而極大提升 3D 虛擬場景中的擬真感，也就是提高畫質(zhì)。
具體來說，光追可以從三個方面提升渲染畫面的擬真品質(zhì)。
第一個是軟陰影，即讓物體根據(jù)光線強弱、光源距離產(chǎn)生強和弱的陰影效果，讓陰影更符合真實的表現(xiàn)。還有是反射效果，比如在水面、光滑物體表面增加反射的效果，也可讓觀感更接近真實。最后是加入全局光照，也就是直接光源和間接光源的結(jié)合與交互都能細膩的表現(xiàn)出來，從而進一步增強環(huán)境的真實性。
要做到這些，需要非常巨大的計算量，在桌面端，英偉達在 2018 年的圖靈 GPU 架構(gòu)中成功將光追帶入到桌面游戲市場，但同時并行的是更大的散熱模組。在移動端這么做顯然不行。
那么移動光追應(yīng)該如何實現(xiàn)呢？目前有兩個方向，其一是基于軟件的方案實現(xiàn)光追效果，而更徹底的，是通過硬件級加速，實現(xiàn)實時的光線追蹤。只有基于硬件的光線追蹤，才能在效果和功耗之間達到最好的平衡。
除了提升性能，為移動GPU增效，也是重中之重，但這也是移動GPU發(fā)展進化的一大難點。
至于提升移動GPU的整體能效，這是一個系統(tǒng)性的工作，需要從芯片底層到應(yīng)用軟件和硬件的全鏈路優(yōu)化，才能對系統(tǒng)整體的功耗進行優(yōu)化和控制。
遵從這個思路，可以將移動GPU的增效方案分為“三板斧”，分別是底層軟硬件的適配、AI等技術(shù)加持的系統(tǒng)級深度優(yōu)化以及生態(tài)層面的廣泛合作。
所謂底層軟硬件的適配，包括GPU芯片層面的進化以及圖形計算接口、標準等軟件對能效的優(yōu)化。
系統(tǒng)級的優(yōu)化方案則是在此之上引入對應(yīng)的平臺技術(shù)，來進一步為 GPU 的運算降低負載，這其中，AI技術(shù)的引入是非常重要的，特別是有獨立AI處理模塊的情況下，通過異構(gòu)同步運算，可以大大降低GPU的工作負荷。這也是移動GPU發(fā)展的一個重要趨勢。
當了解了移動 GPU 在未來發(fā)展的主旋律后，相信很多朋友不禁要問，在沿著這個主基調(diào)前行的路上，行業(yè)現(xiàn)如今的進展究竟如何？
前面提到，聯(lián)發(fā)科在今年的MediaTek天璣旗艦技術(shù)溝通會就講到了移動GPU方面的內(nèi)容。一直以來，聯(lián)發(fā)科在移動GPU發(fā)展方向上的探索都是非常積極且有前瞻性的，一定程度上也能代表行業(yè)里最前沿的研究進程。
比如在移動光追方面，聯(lián)發(fā)科在去年10月就正式發(fā)布了移動端光線追蹤SDK解決方案。目前聯(lián)發(fā)科頂級的天璣9000移動平臺，就基于Mail-G710 GPU 實現(xiàn)了移動端光追圖形渲染技術(shù)，可以有效提升手游畫質(zhì)，像OPPO Find X5 Pro天璣版這樣的產(chǎn)品，還做出了光線追蹤壁紙這樣獨特的系統(tǒng)級應(yīng)用。
要知道，Vulkan接口標準組織在今年1月才發(fā)布支持Vulkan Raytracing光追的API，而聯(lián)發(fā)科在2020年12月就已經(jīng)提前布局了Ray Query技術(shù)方案，其技術(shù)領(lǐng)先性和前瞻性可見一斑。
當然，之前的移動光追還是基于軟件的，但隨著Arm在今年6月推出首款移動端硬件光追的GPU產(chǎn)品Immortalis-G715，真正的硬件級移動光追已經(jīng)近在眼前。Immortalis-G715 擁有2倍的浮點算力提升，對三角片的輸出能力也提升了3倍，同時還有帶寬的升級，完全能駕馭復(fù)雜、真實的光追場景渲染。
聯(lián)發(fā)科也是第一時間與 ARM 展開了合作。在這次溝通會上，有媒體問到了聯(lián)發(fā)科與 Immortalis GPU 合作的進展，聯(lián)發(fā)科的回應(yīng)是“即將推出相對應(yīng)的產(chǎn)品，各位可以再期待一段時間。”這顯然讓人對聯(lián)發(fā)科搭載硬件級移動光追的下一代天璣旗艦芯片有了更多期待。
在移動 GPU 增效方案的探索方面，聯(lián)發(fā)科同樣也是走在了行業(yè)的前面。
前文我們分析到，移動 GPU 的增效，離不開底層軟硬件、AI 等系統(tǒng)級優(yōu)化技術(shù)和生態(tài)合作三個方向，事實上聯(lián)發(fā)科的具體布局也與這三個方向密切相關(guān)。
比如在 GPU 芯片底層，聯(lián)發(fā)科的天璣之星生態(tài)實驗室一方面與金標聯(lián)盟聯(lián)合推動 64 位生態(tài)的普及，因為在 64 位計算環(huán)境下，主流芯片能獲得 13.2% 至 35.2% 的能效提升，更能令游戲幀率平均提升 16%。
另一方面，聯(lián)發(fā)科始終第一時間支持最新的 Vulkan 標準，因為 Vulkan 相較于其他圖形接口標準能夠顯著提升 GPU 的效率和性能，在聯(lián)發(fā)科的深度優(yōu)化下，熱門游戲的 Vulkan 性能平均可提升 10%。因此普及 Vulkan 生態(tài)，對移動 GPU 的增效很有意義。
當然，不可忽略的還有 GPU 芯片本身制程工藝的每年進步迭代，也能帶來大約 15% 的能效收益。聯(lián)發(fā)科的下一代天璣旗艦，定然會采用最先進的制程工藝。
在底層軟硬件優(yōu)化的基礎(chǔ)上，聯(lián)發(fā)科還會通過系統(tǒng)調(diào)優(yōu)、GPU 驅(qū)動優(yōu)化，實現(xiàn)進一步的降載渲染等等，這一部分會引入 AI 相關(guān)的技術(shù)能力。
不過與 AI 相關(guān)更引人關(guān)注的，是更上層的優(yōu)化，也就是與應(yīng)用內(nèi)容開發(fā)商、終端廠商等生態(tài)伙伴合作的一些自研技術(shù)。
舉個例子，比如聯(lián)發(fā)科在去年 10 月就預(yù)告過的移動端游戲超分（Game AI-SR）技術(shù)，就是利用 GPU 與 APU 的異構(gòu)方案，在保證相同甚至更高游戲畫質(zhì)的前提下，來降低 GPU 的工作負載，從而提升能效。目前這項技術(shù)已經(jīng)在于終端廠商 vivo 合作中應(yīng)用在了 vivo X80 系列手機里。
除了游戲超分，聯(lián)發(fā)科還有自適應(yīng)調(diào)度技術(shù)、可變速率著色等技術(shù)，都實實在在提升了移動 GPU 的能效。
說到生態(tài)層面的合作，聯(lián)發(fā)科還提出與內(nèi)容方案商共同定義一系列自適應(yīng)框架，比如谷歌的 ADPF 方案，ARM 的 Adaptive Preformance 框架，還有騰訊的 TGPA 等等，有了這些自適應(yīng)框架，內(nèi)容廠商可以收到來自系統(tǒng)、芯片實時的訊息，從而進行實時的負載調(diào)整，對于 GPU 的降低負載有著直接的收益。
可以看到，在聯(lián)發(fā)科這樣的移動芯片平臺解決方案提供商，以及整個移動數(shù)字產(chǎn)業(yè)參與者的共同努力下，移動 GPU 正朝著“提速增效”的大方向穩(wěn)步前進。我們在移動端數(shù)字娛樂體驗的每一步提升，都讓人無比期待移動 GPU 能夠為我們“渲染”出的美妙的未來。
結(jié)語
當然，未來我們要實現(xiàn)全社會的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，在移動端僅僅依靠 GPU 的升級進化遠遠不夠，它是一個需要各種技術(shù)深度融合才能構(gòu)建的世界。而在這次 MediaTek 天璣旗艦技術(shù)溝通會上，聯(lián)發(fā)科還分享了包括 AI 圖像語義分割、5G 新雙通、Wi-Fi 7、高保真藍牙音頻、高精度導(dǎo)航等主題，助力手機用戶充分享受天璣旗艦技術(shù)帶來的全場景體驗升級，也為未來的移動數(shù)字化生活做好了充分的準備。
對世界級的科技企業(yè)來講，技術(shù)硬實力決定了其能否飛得高，對市場和用戶需求的洞察和預(yù)判則決定其能否走得遠。顯然，聯(lián)發(fā)科在這兩方面都做得十分出色，多個領(lǐng)域的數(shù)年深耕與致力于提升用戶體驗的初心共同筑起了一道堅實的壁壘。如今，網(wǎng)傳聯(lián)發(fā)科下一代天璣旗艦芯片天璣 9200 正在走近，在領(lǐng)先的旗艦技術(shù)加持下，或許其將成為的變革新一代終端體驗的產(chǎn)品，值得我們共同期待。
