Imagination實(shí)現(xiàn)GPU IP重大飛躍：硬件級(jí)光線追蹤意味著什么？

11月10日消息（艾斯）憑借在GPU產(chǎn)品技術(shù)研究超過30年的豐富經(jīng)驗(yàn)，英國(guó)Imagination公司近日宣布推出最新一代旗艦款GPU IP產(chǎn)品IMG CXT。該公司宣稱，IMG CXT通過其中搭載的PowerVR Photon硬件光線追蹤功能，實(shí)現(xiàn)了GPU IP的又一次重大飛躍。

談及光線追蹤技術(shù)，以往人們更多地是在電影或者PC端游戲中體驗(yàn)到該技術(shù)帶來(lái)的驚艷效果，而這主要是因?yàn)槠渲猩婕皬?fù)雜的計(jì)算。而據(jù)介紹，IMG CXT首次在移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)了光線追蹤技術(shù)，它不僅保證了低功耗，還實(shí)現(xiàn)了桌面級(jí)的質(zhì)量。

何為光線追蹤

Imagination方面表示，光線追蹤是一項(xiàng)改變游戲規(guī)則的技術(shù)，可以使圖形真實(shí)感達(dá)到躍升式變化。通過模擬真實(shí)世界中光線的表現(xiàn)，它可以創(chuàng)造出與現(xiàn)實(shí)生活幾乎無(wú)異的三維（3D）場(chǎng)景。由于其計(jì)算的復(fù)雜性，光線追蹤不久前也只是應(yīng)用在臺(tái)式機(jī)和游戲機(jī)上，但憑借IMG CXT革命性的Photon架構(gòu)，移動(dòng)開發(fā)者和游戲玩家現(xiàn)在也能夠利用這種令人難以置信的渲染技術(shù)和全面的硬件加速功能。

圖：使用光線追蹤技術(shù)前后畫面效果對(duì)比（上下圖為分別為未使用效果與使用后效果）。

據(jù)介紹，IMG CXT RT3可提供總體高達(dá)1.3 GRay/s的性能。這可以在移動(dòng)設(shè)備的功耗預(yù)算下，以高幀率提供逼真的光線追蹤陰影、反射、全局照明和環(huán)境光遮蔽效果。此外，IMG CXT在光柵化圖形處理性能方面也向前邁出了重要一步，與Imagination的上一代GPU IP相比，其計(jì)算、紋理和幾何性能都提高了50%。

光線追蹤可以在不同的性能和效率等級(jí)下執(zhí)行，為了明確這一點(diǎn)，Imagination 建立了光線追蹤等級(jí)系統(tǒng)（RTLS），確定了從0級(jí)（Level 0）到5級(jí)（Level 5）共6個(gè)等級(jí)的光線追蹤功能的要求。IMG CXT采用的Photon架構(gòu)處于RTLS的4級(jí)（Level 4），這使其成為當(dāng)前可用的最先進(jìn)的光線追蹤技術(shù)，提升了光線追蹤的性能和效率，從而可為移動(dòng)游戲玩家和開發(fā)者提供桌面級(jí)質(zhì)量的體驗(yàn)。

C114了解到，IMG CXT在光線追蹤技術(shù)方面的領(lǐng)先性主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是在移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)，二是通過硬件實(shí)現(xiàn)，三是達(dá)到了RTLS Level 4。

“我們?cè)谝苿?dòng)端的光線追蹤技術(shù)已經(jīng)持續(xù)投入了接近10年時(shí)間。”Imagination中國(guó)區(qū)戰(zhàn)略市場(chǎng)與生態(tài)副總時(shí)昕博士談到，即使是在PC端，目前業(yè)界普遍能夠做到的基本為L(zhǎng)evel 2或者Level 3。而Imagination首次在全球做到了在移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)Level 4的光線追硬件蹤處理能力，這與多數(shù)企業(yè)通過采用軟件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的光線追蹤效果截然不同。

同時(shí)，他強(qiáng)調(diào)，得益于Imagination的多核技術(shù)，Photon架構(gòu)可以擴(kuò)展應(yīng)用于云、數(shù)據(jù)中心和PC市場(chǎng)。

硬件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)

Imagination技術(shù)前瞻副總裁Kristof Beets進(jìn)一步解釋稱，復(fù)雜場(chǎng)景要靠著色器去完成對(duì)于場(chǎng)景的渲染，而這所要消耗的資源、功耗都是非常大的，Imagination現(xiàn)在等于把這部分的工作從原有的著色器那里分流到了專門的光線追蹤的硬件部分來(lái)完成，而當(dāng)這種渲染的負(fù)載被轉(zhuǎn)移到更為專用的硬件上面，它的效率一定會(huì)更高，功耗也會(huì)大幅下降 。事實(shí)上，其功耗效率比現(xiàn)有的RTLS 2/3 級(jí)解決方案高2.5倍。

據(jù)悉，IMG CXT PowerVR Photon架構(gòu)中的RAC便是新的專用于處理光線追蹤的低功耗專用硬件，相比效率較低的RTLS 2級(jí)架構(gòu)，它可以加速和卸載更多來(lái)自著色器內(nèi)核的光線追蹤計(jì)算。

具體技術(shù)而言，RAC包含了光線存儲(chǔ)（Ray Store）、光線任務(wù)調(diào)度器（Ray Task Scheduler）和相干性聚集器（Coherency Gatherer），并與兩個(gè)128寬的統(tǒng)一著色器集群（USC）緊密耦合，USC擁有高速專用數(shù)據(jù)通路，可以實(shí)現(xiàn)最高效且功耗最低的光線追蹤部署。Ray Store可以在處理過程中將光線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存在芯片上，并提供對(duì) RAC中所有單元的高帶寬讀寫訪問，從而避免了將光線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或讀取至動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）所造成的速度降低或功耗增加。Ray Task Scheduler可以卸載著色器集群的任務(wù)，并通過專用硬件部署和追蹤光線工作負(fù)載，同時(shí)保持高光線吞吐量和低功耗。獨(dú)特的Coherency Gatherer單元可以分析所有傳播中的光線，并將整個(gè)場(chǎng)景中的光線綁定成多個(gè)相干組，從而能夠以更高的效率對(duì)它們進(jìn)行處理。

Kristof Beets還透露，實(shí)際上Imagination的技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)可以做到支持功耗更低的RTLS Level 5，而Imagination之所以沒有選擇在現(xiàn)階段推出Level 5產(chǎn)品，主要是出于市場(chǎng)平衡考慮。“如果我們成為市場(chǎng)上唯一一家直接拉到Level 5等級(jí)來(lái)提供光線追蹤硬件設(shè)備的話，會(huì)讓這個(gè)市場(chǎng)沒有做好準(zhǔn)備，市場(chǎng)上不會(huì)有多少開發(fā)者來(lái)開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用。所以我們決定先推出Level 4，讓這個(gè)市場(chǎng)因此被培育起來(lái)，比如說游戲的3D引擎、游戲開發(fā)者進(jìn)入到這個(gè)盤子里來(lái)，再慢慢把光線追蹤市場(chǎng)做大。”

元宇宙是否為噱頭

作為當(dāng)下最熱門的話題之一，Imagination也不可避免地談到了關(guān)于元宇宙的期望。不過，相較于市場(chǎng)上的火熱情緒，Imagination高管的態(tài)度顯得更加務(wù)實(shí)和冷靜。Kristof Beets直言，元宇宙還是一個(gè)概念，而且是一個(gè)一直在進(jìn)化的概念。他認(rèn)為，最近這個(gè)話題如此火爆，顯顯然是因?yàn)镕acebook更名為Meta，而且宣稱將來(lái)要給大家提供完整的VR體驗(yàn)。

“VR時(shí)不時(shí)就回到大眾視線中，是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)很困難、很復(fù)雜，還沒有實(shí)現(xiàn)它最為理想的狀態(tài)。它一直都是大家心中的一個(gè)夢(mèng)想，還沒有徹底達(dá)成，只是在很多科幻小說和電影當(dāng)中存在，它需要在多個(gè)方向上的努力才能達(dá)到。而光線追蹤很可能就是往VR徹底實(shí)現(xiàn)方向的一條路線。”他解釋說。

Imagination意識(shí)到，該公司所走的光線追蹤的這條開發(fā)路線，講究的是計(jì)算效率和較低的功耗以及非常好的效果，而這正是VR和相應(yīng)的元宇宙所需要的一項(xiàng)技術(shù)。所以，未來(lái)在元宇宙起步的時(shí)候，光線追蹤技術(shù)會(huì)讓Imagination享有什么樣的優(yōu)勢(shì)呢？

“我覺得，這讓我們看到了市場(chǎng)上巨大的潛力，并且讓我們確信我們把光線追蹤做的更高效、功耗更低的目標(biāo)，絕對(duì)是正確的方向，這也是我們未來(lái)會(huì)努力的。”Kristof Beets在接受遠(yuǎn)程視頻連線時(shí)向媒體表示。

中國(guó)是最重要的市場(chǎng)

在當(dāng)天的新品發(fā)布會(huì)上，Imagination中國(guó)區(qū)董事長(zhǎng)白農(nóng)介紹了該公司在中國(guó)市場(chǎng)取得的成就。他談到，“2021年上半年Imagination的總收入同比增長(zhǎng)55%，簽署了超過35項(xiàng)授權(quán)協(xié)議，其中中國(guó)客戶占據(jù)大部分。展望未來(lái)，中國(guó)會(huì)繼續(xù)成為Imagination最重要的市場(chǎng)。”

在談及中國(guó)市場(chǎng)的增長(zhǎng)動(dòng)力時(shí)，白農(nóng)分析稱，首先隨著全球技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是在5G、大數(shù)據(jù)時(shí)代，對(duì)于高性能計(jì)算、高算力的需求在不斷地快速提升，從處理器方面來(lái)說，除了傳統(tǒng)的CPU之外，尤其是在GPU、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)的處理器的需求也跟隨著應(yīng)用場(chǎng)景在提升。另外，隨著大數(shù)據(jù)算力的增加，對(duì)低能耗的需求也在不斷增加，很多互聯(lián)網(wǎng)公司和運(yùn)營(yíng)商最大的運(yùn)營(yíng)成本就是電費(fèi)，而高性能、低功耗GPU恰恰就是Imagination技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)。

從商業(yè)模式來(lái)說，Imagination與傳統(tǒng)提供芯片產(chǎn)品的頭部企業(yè)不一樣，作為一家提供半導(dǎo)體和軟件知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）的公司，其直接的客戶是芯片公司，Imagination提供的是核心技術(shù)。因此，隨著過去幾年中國(guó)對(duì)半導(dǎo)體的重視，整個(gè)市場(chǎng)發(fā)展非常迅速，而Imagination也看到這其中蘊(yùn)含的機(jī)會(huì)。Imagination希望將其技術(shù)提供給中國(guó)市場(chǎng)，從而使中國(guó)企業(yè)可以發(fā)展更多本土化的高性能計(jì)算芯片來(lái)支撐整個(gè)社會(huì)的發(fā)展。

此外，據(jù)介紹，Imagination是唯一一家非美背景且擁有中資背景的、總部位于英國(guó)的GPU相關(guān)技術(shù)公司，該公司在美國(guó)沒有研發(fā)團(tuán)隊(duì)。

Imagination公司副總裁兼中國(guó)區(qū)總經(jīng)理劉國(guó)軍表示，不管是現(xiàn)存領(lǐng)域還是新興領(lǐng)域，Imagination將更多地投入資源來(lái)幫助中國(guó)推動(dòng)生態(tài)的建設(shè)和成長(zhǎng)。時(shí)昕博士亦談到，如果要光線追蹤獲得成功，光靠Imagination一家公司是不行的，需要整個(gè)行業(yè)的生態(tài)伙伴一起努力。Imagination已與很多中國(guó)市場(chǎng)的生態(tài)伙伴一起共同合作，包括在游戲方面，ImaginationUI完美世界、騰訊、網(wǎng)易等知名企業(yè)有深度合作。

據(jù)悉，IMG CXT目前已在全球多個(gè)市場(chǎng)中進(jìn)行了授權(quán)，消費(fèi)者最早有望在2023年在移動(dòng)端體驗(yàn)到硬件光線追蹤解決方案所帶來(lái)的效果。

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