首頁 > 新聞資訊 自去年 Arm 推出全新旗艦產(chǎn)品 Immortalis GPU 以來，收獲諸多好評。在面向搭載高端和旗艦片上系統(tǒng) (SoC) 的全新高性能智能手機(jī)設(shè)備的各種基準(zhǔn)測試中，Immortalis-G715[1] 憑借優(yōu)異的性能和高效能脫穎而出。在光線追蹤方面，與配備同類 GPU 的 SoC 相比，基于 Immortalis-G715 的 SoC 實(shí)現(xiàn)了 67% 和 52% 的性能提升1。同時(shí)，在可變速率著色 (VRS) 基準(zhǔn)測試中，該旗艦 GPU 的性能比同類 SoC 競品高出 5% 到 52%2。
全新旗艦級 Arm Immortalis-G720 GPU[2] 以及全新 Arm Mali-G720[3] 和 Mali-G620 GPU[4] 的推出進(jìn)一步鞏固了我們的強(qiáng)勁勢頭，并完善了我們面向廣泛消費(fèi)電子設(shè)備的高水平 GPU 產(chǎn)品組合。在基于第四代 Valhall 架構(gòu)構(gòu)建了前四代 GPU 之后，全新 Arm GPU 采用了新的第五代 GPU[5] 架構(gòu)，充分彰顯了 Arm 旨在面向各類消費(fèi)電子設(shè)備帶來下一代視覺計(jì)算性能的長期承諾。
全新 GPU 持續(xù)帶來了更先進(jìn)的性能和效率表現(xiàn)，將為移動設(shè)備提供更逼真、出色的沉浸式游戲體驗(yàn)，更低的耗電量確保更長的游戲暢游時(shí)間。第五代架構(gòu)提高了所有 GPU 的系統(tǒng)級圖形性能，意味著我們不僅大幅提高了 GPU 性能，還優(yōu)化了全新 Arm ?2023 全面計(jì)算解決方案[6] 中的外部內(nèi)存、新的 CPU 集群和系統(tǒng)級緩存 (SLC) 之間的交互過程，從而提升了整體的性能表現(xiàn)。
迄今為止，Arm GPU 出貨量已逾 90 億顆，為眾多開發(fā)者的應(yīng)用提供了規(guī)?？涨暗哪繕?biāo)群體。今年的出貨量更是比去年增加 10 億，相當(dāng)于地球上平均每個(gè)人都擁有超過一個(gè) GPU。此外，Arm 提供的業(yè)內(nèi)先進(jìn)的圖形功能、優(yōu)化和開發(fā)工具，可助力開發(fā)者打造更出色的應(yīng)用體驗(yàn)。
推出第五代 GPU 架構(gòu)
隨著全球快步邁入全新視覺計(jì)算時(shí)代，第五代 GPU 架構(gòu)將成為 Arm 未來 GPU 的堅(jiān)實(shí)基石，帶來顛覆性的全新圖形功能。第五代架構(gòu)計(jì)劃將在第一年聚焦三個(gè)關(guān)鍵處理趨勢：場景復(fù)雜性、更出色的圖形性能和內(nèi)存系統(tǒng)能耗功率。
1 場景復(fù)雜性
隨著開發(fā)者紛紛設(shè)法實(shí)現(xiàn)更優(yōu)質(zhì)的視覺效果，移動設(shè)備上的場景復(fù)雜性也呈爆炸式增長?，F(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)在于，更高的場景復(fù)雜性會讓幾何相關(guān)的內(nèi)存訪問占據(jù)過多的可用帶寬，并最終影響性能。第五代架構(gòu)致力于提升圖形管道，讓用戶能夠以更高的每秒幀數(shù) (FPS) 暢玩其喜愛的游戲。與此同時(shí)，在移動設(shè)備上實(shí)現(xiàn)下一代高級別幾何學(xué)渲染游戲和實(shí)時(shí) 3D 應(yīng)用也成為了可能。
為了處理這些更復(fù)雜的場景，圖形管道首先引入了延遲頂點(diǎn)著色 (DVS) 以重新定義 Arm GPU 中的圖形數(shù)據(jù)流。DVS 有助于將性能擴(kuò)展到更大數(shù)量的內(nèi)核中，使 Arm 的合作伙伴能夠在未來達(dá)到更高的性能水平。DVS 還有助于在高度復(fù)雜的游戲場景中保持穩(wěn)定幀率，同時(shí)為未來下一代的幾何內(nèi)容提供支持。
一系列熱門游戲已借助 DVS 實(shí)現(xiàn)了場景中的性能提升，這些提升包括在《原神》中的帶寬占用減少了 33%，在《堡壘之夜》中減少了 26%，以及在 Elven Ruins 上使用的帶寬減少了 41%，Elven Ruins 是著名游戲制作團(tuán)隊(duì) Epic Games 在虛幻引擎中為游戲開發(fā)者和創(chuàng)作者提供的游戲場景示意圖。此創(chuàng)新架構(gòu)還為移動設(shè)備帶來了更流暢、更身臨其境且近似個(gè)人電腦和游戲主機(jī)的游戲體驗(yàn)。除了游戲應(yīng)用以外，DVS 還將 CAD 應(yīng)用的帶寬減少了 37%?？蓭椭ㄖ熗ㄟ^實(shí)時(shí) 3D 視圖將其建筑 CAD 平面圖轉(zhuǎn)變成數(shù)字現(xiàn)實(shí)。
2 更出色的圖形性能
開發(fā)者不斷在其應(yīng)用中創(chuàng)建更多令人驚嘆的視覺效果，推動著高動態(tài)范圍 (HDR) 渲染的使用需求持續(xù)增加。Arm 也積極支持這項(xiàng)開發(fā)者正在擁抱的技術(shù)趨勢——HDR 渲染，因此我們提升了相關(guān)性能以幫助呈現(xiàn)更出色的視覺效果。Immortalis-G720 有助于控制 HDR 渲染中使用的高深度紋理的性能影響。DVS 的引入意味著超復(fù)雜幾何形狀的場景可被渲染，并可節(jié)省處理能力。在 2023 游戲開發(fā)者大會 (GDC)[7] 中，Arm 工程團(tuán)隊(duì)為大家?guī)砹思夹g(shù)演示，與基于 Valhall 架構(gòu)的 Immortalis-G715 相比，基于第五代架構(gòu)的 Immortalis-G720 的寫入帶寬提高了 31%，F(xiàn)PS 估計(jì)提高了 20%。借此釋放了圖形管道的空間，用以增加媲美電腦端的質(zhì)量效果，例如實(shí)時(shí)動態(tài)光照、高光溢出效果和景深。
3 內(nèi)存系統(tǒng)能耗功率
我們越來越傾向于認(rèn)為內(nèi)存系統(tǒng)能耗功率是導(dǎo)致處理器散熱達(dá)到極限的主要因素?；仡櫲ツ甑?Arm 全面計(jì)算解決方案 (TCS22)[8]，我們發(fā)現(xiàn) DRAM、互連和內(nèi)存均大量導(dǎo)致了內(nèi)存系統(tǒng)能耗功率。在第五代架構(gòu)中，我們希望為 GPU 分配更多的內(nèi)存系統(tǒng)效能以達(dá)到更好的視覺效果，同時(shí)也希望可以進(jìn)一步節(jié)約能耗功率，以延長電池續(xù)航時(shí)間。
Arm GPU 的性能和效率將再創(chuàng)新高
除了引入第五代架構(gòu)外，Immortalis 和 Mali GPU 的整體設(shè)計(jì)在性能和效率方面也實(shí)現(xiàn)了大幅提升。Immortalis-G720 支持十核或更多核心，并可選用優(yōu)化的物理 IP 來加速 SoC 設(shè)計(jì)。Mali-G720 和 Mali-G620 的超強(qiáng)可擴(kuò)展性有助于為廣泛的消費(fèi)電子設(shè)備帶來優(yōu)質(zhì)的圖形功能，例如智能手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)字電視、機(jī)頂盒 (STB) 和可穿戴設(shè)備。Mali-G720 可支持六到九個(gè)核心，而 Mali-G620 可支持至多五個(gè)核心，可助力 Arm 授權(quán)許可合作伙伴在更多市場中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工作的快速復(fù)用。
我們對各方面進(jìn)行了廣泛的提升以降低 GPU 功耗，從而為終端用戶帶來更持久的設(shè)備使用時(shí)間，確保其隨時(shí)隨地可以開展工作和享受娛樂時(shí)間。每個(gè) Immortalis 和 Mali GPU 都實(shí)現(xiàn)了更高水平的能效表現(xiàn)，其平均能效比上一代產(chǎn)品提升了 15%。意味著新產(chǎn)品的每瓦性能更高，持久性能更出色。此外，系統(tǒng)級效率也有了顯著提高，內(nèi)存帶寬使用減少了多達(dá) 40%，且 CPU 負(fù)載有所降低。這要?dú)w功于全新添加的 GPU 指令和驅(qū)動程序的優(yōu)化。
全新 GPU 在性能方面更上一層樓，其峰值性能平均提高了 15%。我們還將 64bpp 紋理的架構(gòu)吞吐量提高了一倍，以設(shè)法提升高動態(tài)范圍紋理表現(xiàn)。
在所有 GPU 中，我們?yōu)榭勺兯俾手?(VRS) 提供了更高性能的著色率。VRS 是我們在去年的 Arm GPU[9]? 中引入的圖形處理技術(shù)。對于開發(fā)者而言[5]，這意味著 4x2 和 4x4 著色率的性能有所提高。VRS 技術(shù)有助于降低因復(fù)雜著色而增加的著色成本，確保在重要的地方提供高質(zhì)量的圖形。
除了提升 VRS 相關(guān)產(chǎn)品外，我們還通過優(yōu)化 2x 多重采樣抗鋸齒 (MSAA) 功能為開發(fā)者帶來了靈活性更高的體驗(yàn)。對于希望在其應(yīng)用中使用 2x MSAA 的開發(fā)者來說，這讓他們無需升級到 4x MSAA。對于需要 2x MSAA 的應(yīng)用，我們測得相關(guān)性能與使用 4x MSAA 時(shí)相比提升了 7%。全新 GPU 還提升了對 Vulkan 動態(tài)緩沖區(qū)的支持。
對機(jī)器學(xué)習(xí)的持續(xù)承諾
Arm 將繼續(xù)致力于為面向機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 的新應(yīng)用進(jìn)行 GPU 開發(fā)和測試。3D 場景重建是一個(gè)關(guān)鍵的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用場景，可以在移動 GPU 上渲染真實(shí)場景的新穎視圖。通過探索這個(gè)特定的應(yīng)用場景，我們發(fā)現(xiàn)，與 Immortalis-G715 相比，Immortalis-G720 的峰值性能提高了 25%，占用的內(nèi)存帶寬減少了 22%。
我們還在不斷平衡 CPU 和 GPU 之間的功率，以提供一致的用戶體驗(yàn)。開發(fā)者可利用 Unity ML-Agents[10] 插件在游戲和模擬中訓(xùn)練智能代理。在 GDC 2023 上，我們展示了在移動 SoC 上處理 100 個(gè)類似代理和復(fù)雜圖形的超強(qiáng)表現(xiàn)。
廣泛的生態(tài)系統(tǒng)支持
我們通過廣泛的 GPU 工具和資源保持對游戲開發(fā)者的生態(tài)系統(tǒng)支持。可免費(fèi)下載的 Arm Mobile Studio[11] 提供了多種解析、性能分析和調(diào)試工具，以幫助開發(fā)者優(yōu)化其應(yīng)用的性能和效率。
我們很快將推出 Arm Frame Advisor，這是一款基于幀的分析器，適用于支持 OpenGL ES 3.2 和 Vulkan 1.1 的游戲。Frame Advisor 使用構(gòu)建于驅(qū)動程序之上的軟件層捕獲幀中的所有 API 調(diào)用情況，并通過分析引擎為開發(fā)者提供情景反饋。這種反饋可以幫助開發(fā)者發(fā)現(xiàn)提升應(yīng)用性能的機(jī)會，具體包括以下方面：
- 渲染圖和幀數(shù)據(jù)流的可視化；
- 違反最佳實(shí)踐的相關(guān)信息；
- （算力預(yù)算）上限超標(biāo)的相關(guān)信息，例如超過 GPU 周期數(shù)或 GPU 功率預(yù)算。
我們已計(jì)劃與選定的游戲工作室合作完成 Frame Advisor 的早期發(fā)布測試，該工具將于 2023 年底公開發(fā)布。
我們也在與我們的生態(tài)系統(tǒng)合作，攜手合作伙伴一同開發(fā)新技術(shù)。例如 Arm 曾與 Google 和 Unity 一同合作開發(fā) Adaptive Performance[12]，此功能在固定的功率和熱限制條件下優(yōu)化了 GPU 利用率。
光線追蹤繼續(xù)作為一項(xiàng)廣受歡迎的圖形功能。我們的一些合作伙伴在芯片和設(shè)備上采用了光線追蹤技術(shù)[13]，并將其用于游戲應(yīng)用，我們始終與他們保持密切合作。例如，我們正在與騰訊游戲和 MediaTek 合作，通過 SmartGI 技術(shù)以進(jìn)一步提高行業(yè)采用率，并開發(fā)最佳實(shí)踐文檔，為游戲開發(fā)者提供有力支持。
最后，我們正在與 Epic Games 合作，計(jì)劃在安卓上啟用其 Unreal Engine 5 桌面渲染器。這將確保借助 Immortalis GPU 也能提供桌面級質(zhì)量的渲染和圖形。我們創(chuàng)建了 Steel Arms 演示來測試開發(fā)者使用我們 GPU 產(chǎn)品的體驗(yàn)，并演示該渲染器如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的圖形，包括豐富的高光溢出效果、基于物理的優(yōu)質(zhì)著色、生動的模糊效果和細(xì)致的實(shí)時(shí)反射效果。
更高效率、更優(yōu)性能、更豐富的開發(fā)者資源
我們的目標(biāo)是每年都能在 GPU 領(lǐng)域提供行業(yè)出眾的性能和效率，同時(shí)為開發(fā)者提供豐富的工具和資源，助其打造美輪美奐的視覺盛宴。今年也不例外，Immortalis-G720 和 Mali GPU 系列顯著提高了效率和性能，并最終使開發(fā)者深受裨益。第五代架構(gòu)為我們奠定了下一代視覺計(jì)算的基礎(chǔ)，并將為移動設(shè)備帶來具有突破性的全新圖形功能?？偠灾?，Arm 將繼續(xù)為用戶帶來更驚艷的視覺體驗(yàn)。
附注：
1 光線追蹤使用“Basemark? GPUScore: In Vitro”進(jìn)行基準(zhǔn)測試。截至 2023 年 4 月 12 日，Arm 在旗艦級 Android 手機(jī)上測得的數(shù)據(jù)。
2 VRS 使用“Basemark? GPUScore：The Expedition VRS”進(jìn)行基準(zhǔn)測試。截至 2023 年 4 月 12 日，Arm 在旗艦級 Android 手機(jī)上測得的數(shù)據(jù)。
本文作者：Arm 終端事業(yè)部 GPU 產(chǎn)品管理總監(jiān) Dan Wilson
（文章來源公眾號：Arm社區(qū)）
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