Περιεχόμενο

• Ονομασία
• Κατανόηση των αριθμών μοντέλων
• Πυρήνες, μονάδες εκτέλεσης, μονάδες ALU
• Το τοπίο της GPU αλλάζει
• Τύλιξε

Όταν πρόκειται για γραφικά smartphone, οι περισσότερες συσκευές Android χρησιμοποιούν μονάδες επεξεργασίας γραφικών (GPU) είτε από Qualcomm (Adreno) είτε Arm (Mali), αλλά όπως λέει ο Yoda, υπάρχει και κάτι άλλο.

Ίσως έχετε παρατηρήσει το όνομα PowerVR σε σχέση με ορισμένους επεξεργαστές Android. Το PowerVR είναι μια σειρά GPU από τις Τεχνολογίες Φαντασίας. Ο επεξεργαστής MediaTek Helio P90 χρησιμοποιεί το PowerVR GM9446, το MediaTek Helio X30 χρησιμοποιεί το PowerVR 7XTP-MT4 και το Helio P22 χρησιμοποιεί το PowerVR GE8320. Άλλοι επεξεργαστές MediaTek, συμπεριλαμβανομένων των Helio P35, Helio X10 και MT8183 (που υπάρχουν στο Amazon Kindle Fire HD) χρησιμοποιούν επίσης και GPUs PowerVR.

Δεν είναι μόνο το MediaTek. Το Unisoc SC9861G-IA χρησιμοποιεί το PowerVR GT7200. Η γραμμή Atom της Intel διαθέτει πολλά μοντέλα με μονάδες GPU PowerVR. Το PowerVR μπορεί επίσης να βρεθεί σε επεξεργαστές της Allwinner και της Rockchip.

Ο ελέφαντας στην αίθουσα είναι η Apple. Μέχρι πρόσφατα, η Apple ενσωμάτωσε τις GPU της Imagination στους επεξεργαστές της σειράς Α. Ο επεξεργαστής Apple A4, ο οποίος βρέθηκε στο iPhone 4, χρησιμοποίησε το PowerVR SGX 535. Το A5 και το A6 χρησιμοποίησαν το PowerVR SGX543, το A7 χρησιμοποίησε το PowerVR G6430, το A8 χρησιμοποίησε το GX6450 και το A9 χρησιμοποίησε το GT7600. Και εδώ όλα τελείωσαν απότομα. Ενώ το A10 πιθανώς χρησιμοποίησε κάποιο είδος προσαρμοσμένης υβριδικής GPU, η σχέση της Apple με τη φαντασία άλλαξε δραστικά. Το αποτέλεσμα ήταν μια αναταραχή για την εταιρεία σε εμπορικό επίπεδο. Υπήρξαν αλλαγές στην κορυφή (Διευθύνων Σύμβουλος και CFO), η εταιρεία πώλησε το τμήμα MIPS CPU και τελικά το υπόλοιπο της εταιρείας εξαγοράστηκε από το Canyon Bridge, ένα ιδιωτικό επενδυτικό ταμείο με επίκεντρο την Κίνα.

Ο ελέφαντας στην αίθουσα είναι η Apple.

Ωστόσο, οι μονάδες GPU της PowerVR δεν πέθαναν και ενδεχομένως έχουν λαμπρό μέλλον. Οι μονάδες GPU βρίσκονται σε κάτι περισσότερο από smartphones. Όλοι οι τύποι συσκευών από τους αποκωδικοποιητές, τις έξυπνες τηλεοράσεις, τα συστήματα πληροφοριών ψυχαγωγίας αυτοκινήτων και τον ιατρικό εξοπλισμό, χρησιμοποιούν όλες τις μονάδες GPU. Δεύτερον, η συνεχής χρήση των GPU PowerVR σε νέους επεξεργαστές, όπως το Helio P90, σημαίνει ότι οι κατασκευαστές SoC εξακολουθούν να θεωρούν τη GPU της PowerVR ως βιώσιμη επιλογή. Τρίτον, το τρέχον τοπίο της GPU αλλάζει και εάν η φαντασία είναι σε θέση να οδηγήσει το κύμα τότε θα μπορούσε να βγει στην κορυφή. Περισσότερα για αυτό αργότερα.

Ονομασία

Ονομάζοντας τα πράγματα είναι πάντα δύσκολο, αλλά ορισμένες εταιρείες είναι καλύτερες από άλλες. Τα σχέδια ονοματοδοσίας της GPU της Qualcomm και του Arm είναι σχετικά απλά. Το σχήμα ονομασίας της Imagination GPU είναι λίγο πιο ξεχωριστό!

Το πρώτο βασικό κομμάτι των πληροφοριών είναι ότι η εταιρεία διαθέτει σήμερα δύο μεγάλες αρχιτεκτονικές GPU: Rogue και Furian. Οι πρώτες GPU που βασίζονται σε Rogue κυκλοφόρησαν το 2012 με τις GPUs Series 6 PowerVR. Η αρχιτεκτονική Rogue έχει τροποποιηθεί και αναπτύχθηκε με την πάροδο των ετών και χρησίμευσε ως βάση για όλες τις GPUs Imagination μέχρι και τις GPUs Series9XE και Series9XM του 2017.

Το Furian είναι μια νεότερη αρχιτεκτονική GPU, την πρώτη ανανέωση αρχιτεκτονικής του Imagination από το 2012. Υπάρχουν δύο Furian GPU αυτή τη στιγμή, το PowerVR GT8525 και το PowerVR GT8540. Και οι δύο αποτελούν μέρος της σειράς PowerVR Series8XT, η οποία είναι λίγο συγκεχυμένη καθώς οι GPUs Series9XE και XM χρησιμοποιούν την παλαιότερη αρχιτεκτονική Rogue, όπως και τα Series8XE και Series8XE Plus. Δεν έχουν ανακοινωθεί επεξεργαστές κινητής τηλεφωνίας που χρησιμοποιούν σήμερα μια GPU Furian.

Κατανόηση των αριθμών μοντέλων

Οι γεννήτριες PowerVR γενικά χρησιμοποιούν τετραψήφιους αριθμούς μοντέλων. Η GPU στο Helio P90 είναι η GM9446, ενώ το Helio P22 χρησιμοποιεί το GE8320. Τι σημαίνουν όλοι αυτοί οι αριθμοί;

Το πρώτο ψηφίο είναι ο αριθμός "σειράς". Έτσι, όλοι οι επεξεργαστές στην σειρά Series8XE και XE Plus αρχίζουν με 8. Οι επεξεργαστές της σειράς Series9 ξεκινούν με εννέα και ούτω καθεξής.

Το δεύτερο ψηφίο δείχνει πόσες εικονοστοιχεία επεξεργάζονται ανά κύκλο ρολογιού. Γενικά, ο καθορισμένος αριθμός είναι το ήμισυ του πραγματικού ρυθμού εικονοστοιχείων. Έτσι "4" σημαίνει οκτώ εικονοστοιχεία ανά ρολόι, "2" σημαίνει τέσσερα εικονοστοιχεία, και "1" σημαίνει δύο εικονοστοιχεία ανά ρολόι.

Η εταιρεία διαθέτει σήμερα δύο μεγάλες αρχιτεκτονικές GPU: Rogue και Furian.

Το τρίτο ψηφίο είναι ένδειξη της ισχύος επεξεργασίας της GPU. Μερικοί κατασκευαστές GPU παραθέτουν τον αριθμό των "πυρήνων" στη GPU.Ο όρος "πυρήνας" είναι ανοικτός σε κάποια δημιουργική λογιστική και επίσης κάποια τεχνική χειροκίνητη χειραγώγηση, πράγμα που σημαίνει ότι αυτό που ένας πωλητής σημαίνει από έναν "πυρήνα" είναι διαφορετικό από το άλλο. Θα βουτήξω σε αυτό το θέμα λίγο βαθύτερα σε μια στιγμή, αλλά όσο υψηλότερο είναι το τρίτο ψηφίο τόσο υψηλότερη είναι η απόδοση. Τα ποσοστά είναι διαφορετικά σε κάθε γενιά, αλλά για τις GPU Series 9:

• 1 = 64 FP16 FLOPs / ρολόι
• 2 = 128 FP16 FLOP / Ρολόι
• 4 = 256 FP16 FLOPs / Ρολόι

Το τελευταίο ψηφίο είναι μια σημαία χαρακτηριστικού. Για παράδειγμα, το GE8322 υποστηρίζει τη συμπίεση buffer PVRIC (συμπιεστής συμπίεσης και αποσυμπίεσης PowerVR), ενώ το GE8340 (το μηδέν) δεν το υποστηρίζει.

Πυρήνες, μονάδες εκτέλεσης, μονάδες ALU

Πριν από πολύ καιρό, σε ένα σύμπαν πολύ μακριά, οι GPU χρησιμοποιούσαν δύο διαφορετικούς τύπους shaders. Οι σκίαση των Vertex, οι οποίες ήταν υπεύθυνες για την εκτέλεση μετασχηματισμών σε μια λίστα σημείων (κορυφών) από τον κόσμο 3D στον 2D κόσμο μιας επίπεδης οθόνης. και pixel shader, τα οποία υπολόγισαν το χρώμα ενός εικονοστοιχείου με βάση πληροφορίες φωτισμού και υφής. Αυτά τα shaders ήταν προγραμματιζόμενα και γενικά υπήρχαν περισσότεροι pixel shader από τους shader των Vertex.

Τα shaders καθίστανται γνωστά ως πυρήνες και με την εμφάνιση του Μοντέλου Shader Unified, όπου ένας σκίαρος θα μπορούσε να λειτουργήσει ως shader Vertex ή Pixel Shader, ο όρος πυρήνας έγινε ακόμα πιο δημοφιλής.

Καθώς τα σχέδια GPU προχώρησαν, το σχήμα αυτών των πυρήνων άρχισε να μεταμορφώνεται. Προηγουμένως ένας πυρήνας shader περιλάμβανε όλη την απαραίτητη λογική, συμπεριλαμβανομένου του προγραμματισμού, εκτέλεσης και αποστολής των οδηγιών που τρέχουν στον shader (επειδή είναι προγραμματιζόμενες). Για να αυξηθεί η παραγωγικότητα, οι σχεδιαστές GPU άρχισαν να αυξάνουν ορισμένα τμήματα του σχεδιασμού σκίασης, καθιστώντας τους "πιο παχύ" στη μέση. Αυτό θα μπορούσε να διπλασιάσει ή να τετραπλασιάσει τη διακίνηση ενός πυρήνα σκίασης, αλλά τώρα τίθεται το ερώτημα εάν θα υπάρχει ένας πυρήνας με τέσσερις μονάδες εκτέλεσης ή τέσσερις πυρήνες.

Στις μονάδες GPU PowerVR, τα δυαδικά ψηφία που κάνουν την πραγματική μαθηματική ονομασία ονομάζονται αριθμητική μονάδα λογικής (ALU). Έρχονται σε 16bit και 32bit γεύσεις και ομαδοποιούνται σε ομάδες.

Το PowerVR GX6650 έχει έξι συστοιχίες με σύνολο 192 32bit (FP32) ALU πυρήνες, θα πρέπει να ονομάζεται 192 core GPU; Ίσως το σχέδιο ονομασίας του Imagination είναι η καλύτερη προσέγγιση μετά από όλα!

Το τοπίο της GPU αλλάζει

Οι μονάδες GPU χρησιμοποιούσαν μόνο μία δουλειά και μία δουλειά, τα τρισδιάστατα γραφικά, αλλά οι χρόνοι είναι α-changin. Οι μονάδες GPU χειρίζονται τώρα όλα τα είδη παράλληλα καθιερωμένων καθηκόντων στον τομέα της επιστημονικής πληροφορικής και της μηχανικής μάθησης. Τα περισσότερα από αυτά εξακολουθούν να συμβαίνουν σε υπερυπολογιστές ή σε μηχανές που κατασκευάζονται με πολλαπλές κάρτες γραφικών υψηλής τεχνολογίας. Ωστόσο, αρχίζει να υποχωρεί σε κινητές GPU. Τα σύγχρονα smartphone ναυαρχίδα μπορούν να τρέξουν μοντέλα συμπερασμάτων νευρωνικού δικτύου, για πράγματα όπως η αναγνώριση αντικειμένων στην εφαρμογή κάμερας. Το Android έχει τώρα ένα API νευρωνικού δικτύου το οποίο μπορεί να χρησιμοποιήσει τη GPU, εάν είναι διαθέσιμα τα σωστά προγράμματα οδήγησης.

Οι μονάδες GPU του PowerVR αποτελούν μέρος αυτού του μεταβαλλόμενου τοπίου και είναι συμβατές με το OpenCL και το HAL του νευρωνικού δικτύου Android. Εάν η λειτουργία ενός νευρικού δικτύου στη GPU δεν είναι αρκετή τότε η Imagination έχει επίσης ένα επιταχυντή νευρωνικών δικτύων που υποστηρίζει το νευρωνικό δίκτυο Android HAL, Caffe και TensorFlow.

Και τότε υπάρχει Raytracing.

Στη συνέχεια, υπάρχει raytracing. Η Nvidia έκανε πρωτοσέλιδα πρόσφατα με τις επιτραπέζιες GPUs της που είναι σε θέση να εκτελούν raytracing σε πραγματικό χρόνο. Ως ανανέωση, το raytracing είναι μια τεχνική που "εντοπίζει" τη διαδρομή των ακτίνων φωτός μέσα από ένα 3D περιβάλλον. Επιδιώκει να μιμείται στενά την πραγματική φυσική του φωτός. Το αποτέλεσμα είναι πολύ ρεαλιστικό φωτισμό, σκιά, ανάκλαση και εφέ διαθλάσεως.

Η φαντασία κατέχει ηγετική θέση στην τεχνολογία που βασίζεται σε raytracing για χρόνια και ενώ δεν βρίσκεται ακόμα στους επεξεργαστές κινητής τηλεφωνίας της εταιρείας, κερδίζει σίγουρα έδαφος στην επιφάνεια εργασίας. Η φαντασία δεν πωλεί επί του παρόντος κάρτες γραφικών raytracing για επιτραπέζιους υπολογιστές, αλλά έχει παραγάγει κάποιο κινητό υλικό που αποδεικνύει την ιδέα, συμπεριλαμβανομένου του PowerVR GR6500.

Ίσως να αναρωτιέστε πώς μια εταιρεία που δεν πωλεί κανένα πραγματικό hardware raytracing θα μπορούσε να είναι "ηγέτης στον hardware-based raytracing." Η απάντηση είναι πνευματική ιδιοκτησία. Η φαντασία δεν παράγει μάρκες, όλη η τεχνολογία GPU της έχει άδεια χρήσης από chip makers, όπως το MediaTek, και ενσωματώνεται σε επεξεργαστές κινητών τηλεφώνων μαζί με CPU και άλλα μέρη.

Το ίδιο ισχύει μάλλον για τις τεχνικές και την τεχνολογία του hardware. Η φαντασία δεν έκανε καμία δημόσια ανακοίνωση για το ποιος άδειες τεχνολογία raytracing της, αλλά μπορούμε να κερδοσκοπούν!

Η αγορά κινητής GPU είναι ρευστός. Οι συμβάσεις κερδίζονται και οι συμβάσεις χάνουν. Οι κατασκευαστές κινητών επεξεργαστών αναζητούν πάντα ένα πλεονέκτημα έναντι του ανταγωνισμού τους όσον αφορά την απόδοση, την αποδοτικότητα ισχύος, το κόστος και τα χαρακτηριστικά. Ενώ η φαντασία και η Apple έχουν διαφορετική σχέση σήμερα, άλλοι κατασκευαστές chip χρειάζονται τμήματα GPU, συμπεριλαμβανομένου του MediaTek. Πέρα από το MediaTek υπάρχουν και άλλες δυνατότητες, όχι μόνο σε κινητά, αλλά και σε άλλες αγορές, όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, η οικιακή ψυχαγωγία και η ιατρική.

Η Samsung θα απομακρυνθεί ποτέ από τον σημερινό προμηθευτή GPU; Τι γίνεται με την Huawei; Υπάρχει ακόμα μια θέση για το PowerVR μαζί με τις επεξεργαστές δισκίων της Intel; Τι συμβαίνει με το Pinecone της Unisoc ή της Xiaomi, ή ακόμα και την επόμενη επαναληπτική επανάληψη του επεξεργαστή NUCLUN της LG;

Τύλιξε

Οι μονάδες GPU της PowerVR είναι η εναλλακτική λύση GPU του οικοσυστήματος Android μετά τις προσφορές από Qualcomm και Arm. Έχουμε ακόμα να δούμε μια κινητή GPU που βασίζεται σε Furian σε ένα πραγματικό τσιπ και θα ήταν ενδιαφέρον να δούμε ένα. Με την έλευση της κινητής εκμάθησης μηχανών και τις υποσχέσεις της πιθανής τεχνολογίας raytracing στους κινητούς επεξεργαστές, όλοι θα είμαστε σοφοί να παρακολουθούμε τη Φαντασία, γιατί όλοι μας εκπλήσσομε να δούμε πού θα εμφανιστούν τα επόμενα GPUs της PowerVR!