手机GPU革命：光线追踪即将到来

正如手机厂商之间的竞争越来越激烈一样，手机芯片公司的竞争也因为5g和ai发生着变化。今年4月，高通推出了面向游戏玩家的骁龙730g处理器平台。三个月后，高通没有召开发布会推出骁龙855+，提升5g、游戏、ai和xr体验。8月，联发科也推出了首款为游戏而生的移动平台helio g90/g90t。

高通和联发科推出游戏处理器是看好不断增长的移动游戏市场以及手游对gpu更高的性能的需求，这种需求向上传导就会影响arm、imagination等ip提供商。从各家最新发布的gpu产品看，移动gpu市场正因5g、ai、自动驾驶等迎来了变革。

手游成gpu升级重要推手，ai性能倍数提升

市场研究公司jon peddie research的首席研究员兼创始人jon peddie表示：“事实上对于移动soc来说，市场领导者都拥有自己的gpu技术，并以每年5％的速度在增加市场份额。为了防止流失其潜在市场，其他的移动soc公司就需要一种令人信服的gpu来创造一些真正的竞争力。”

比如，今年9月随iphone11发布的苹果a13处理器，集成的gpu速度提升20%，功耗降低40%。高通本月发布的骁龙865，集成的全新adreno 650 gpu，整体性能较前代平台提升25%。

显然，gpu ip的提供方需要更显著的提升吸引华为、联发科、三星等公司，而ai性能的提升又是关键之一。今年5月，arm推出了全新的gpu架构valhall，基于valhall架构的全新gpu mali-g77可以实现性能提升 40%、效能提升 30%，性能密度提升 30%、机器学习性能提升 60%。arm表示，mail-g77 着力于在移动游戏方面的提升，同时也非常注重 ar 和 vr 方面的应用。

不过，gpu ip并非arm的强项，只是在被业界调侃为“买cpu送gpu”的方式下，mali gpu被广泛采用。擅长gpu ip的imagination更值得关注，本周二，imagination宣布推出有史以来性能最强大的gpu ip，也是其第十代powervr图形处理器架构img a系列（img a-series）。

根据官方的说法，img a系列在每一个维度上都提供了显著的改进，在相同的时钟和半导体工艺上，与当前正在出货的powervr设备相比，性能提高了2.5倍，机器学习处理速度提高了8倍，且功耗降低了60％。

imagination technologies产品管理资深总监kristof beets

imagination新款gpu的参数除了有图像处理性能，还给出了ai性能。一款gpu为何在提升图像处理性能的同时还要强调ai性能？imagination technologies产品管理资深总监kristof beets接受雷锋网专访时表示，图形的处理背后也有ai，比如人脸解锁，表面上看是一个图形图像的动态处理过程，但也需要有ai的识别和处理才能完成。

“图形处理和ai处理更像是一个多任务的并行处理计算方式。我们在gpu上加入神经网络加速器的功能，能够为那些没有预算购买神经网络引擎的客户提供了一个选择。” kristof表示。

“不过，目前gpu的首要任务还是图形处理，接下来才是其它的通用处理。但这种优先级是否会发生变化，还是要看市场的需求。”

为了更好地满足图形处理和ai的需求，imagination全新gpu采用了hyperlane技术，priority hyperlanes技术可提供动态拆分；例如，在执行一项ai任务时可以优先处理图形需求，为其提供充足的计算资源，并用剩余的计算资源处理ai任务。hyperlane技术还可以隔离受保护的内容以进行权限管理。据悉，所有img a系列gpu可支持多达八个hyperlanes。

hyperlane还支持一个称为ai synergy的新功能，通过ai synergy，gpu在可以提供图形处理功能的同时，使用其备用资源来支持可编程ai以及固定功能，即imagination神经网络加速器。

另外，为了实现更高和更稳定的游戏性能，img a系列采用了tbdr和dvfs技术。kristof介绍，基于分块延迟渲染（tbdr）技术，img a系列的powervr架构gpu只需绘制屏幕上可见的内容，使它具有带宽和功耗优势。使用主动动态电压与频率调节（dvfs）以及时限调度算法（deadline scheduling algorithms）的先进功耗控制技术，可提供超低响应延迟的快速功耗控制。如果gpu的某些部分没有得到充分利用或没用于处理工作，它们就会被立即降频甚至进入睡眠状态，以确保最佳的功耗效率。

显然，手游市场规模的增长潜力影响了从手机终端到芯片再到gpu ip的设计，但除了图像计算性能的提升，ai性能的提升也成为了亮点，这其中除了因为ai正被越来越多地应用之外，利用gpu的并行计算能力进行图像处理的同时满足ai的需求也可以最大化gpu的价值。

这也就意味着，移动gpu在满足手机市场的同时，也可以应用于自动驾驶、aiot等市场，并且，这可能成为移动gpu新的增长点。

即将支持光线追踪

gpu的图像计算和ai性能的提升依旧是对已有性能和技术的改进，但市场更需要一些新的技术。去年8月，英伟达推出新一代gpu架构——turing（图灵），并且推出了全球首批支持即时光线追踪（real time ray tracing）的gpu。

turing架构以及支持光线追踪gpu的推出立即引发了巨大的关注，一时间，在广告、电影、建筑等行业已经广泛应用的光线追踪技术走入了公众视野。

如今，光线追踪也将在移动gpu上实现。imagination powervr 产品执行副总裁steve evans发布img a系列时透露，imagination正在研发支持光线追踪技术的移动gpu架构，将会在未来几年内推向市场。

kristof接受采访时表示：“我们在5年前就推出过光线追踪的技术。不过我们发现推出一项新技术是相对容易的，但生态的建设非常困难。也就是说，要说服客户使用新的产品和技术需要投入非常大量的资源。”

“要说服客户接受新技术建立生态很重要的就是成本问题，比如光线追踪技术要达到或接近真实效果需要很高的成本投入，所以在效果和成本之间也需要达到一个平衡。” kristof进一步表示。

那imagination和英伟达的支持光线追踪的gpu有何不同？kristof表示：“两者的功能和基本概念是一样的，细节包括算法和实施上有所不同。我们支持光线追踪的gpu更强调效能和功耗。”

雷锋网了解到，imagination的光线追踪gpu ip不会大幅增加成本。

那么，在英伟达高性能光线追踪gpu的推动下，市场对于光线追踪gpu的接受程度正在增加，等到imagination推出高效能的光线追踪gpu ip之时，可能也是gpu迎来光线追踪时代的开始。

移动gpu市场将变

每次技术和产品的变革都伴随着行业的变革，移动gpu市场如今发生的变化，非常有利于imagination赢得更大的市场。两年前，苹果突然宣布，将在 15 个月到 2 年内停止使用该公司的 gpu 设计，转而采用自己设计的产品。失去当时占其营收来源超过50%的imagination最终不得不选择将自己出售。最终，中国私募投资基金凯桥（canyon bridge）在2017年斥资5.5亿英镑（约合49亿元人民币）收购了imagination。

两年后，imagination带来了十分具有竞争力的gpu ip。imagination发布img a时和市场主流的gpu做了一个对比，以高通为基准，实现相同性的能arm需要184%的芯片面积，这意味着功耗更大，用img a系列gpu如果要达到与高通gpu相同的性能，面积要小一半左右。如果是同样的芯片面积，则可以实现比高通gpu高 175%的性能。不仅如此，imagination还计划以每年30%的性能提升持续推出b、c、d系列的gpu。

另外，imagination还面向不同的市场推出了axe、axm、axt的产品，分别面向高性能移动设备和汽车应用、中端移动设备以及入门级移动设备和物联网。

imagination公司副总裁/中国区总经理刘国军表示：“就收入来讲，imagination是全球第三大ip厂商但就影响力而言，我们是全球排名第二的厂商。”

随着5g、ai、自动驾驶技术发展，特别是5g商用将带来的ar、vr、云游戏等应用，移动gpu的ai性能也将变得更加重要。另外，随着光线追踪技术正在被越来越广泛的接受，率先宣布将会推出支持光线追踪移动gpu的imagination能否向前更进一步？