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Imagination推出C系列GPU,实现L4级光线追踪

发布时间:2021-11-16 责任编辑:lina

【导读】作为计算图形学的“皇冠”,光线追踪技术近年来有了飞速发展。许多厂商提供光线跟踪技术。在光线追踪中,每一个光线的路径由多重直线组成,几乎总是包含从原点到场景的反射,折射和阴影效应。


作为计算图形学的“皇冠”,光线追踪技术近年来有了飞速发展。许多厂商提供光线跟踪技术。在光线追踪中,每一个光线的路径由多重直线组成,几乎总是包含从原点到场景的反射,折射和阴影效应。


Imagination中国区战略市场与生态高级总监时昕表示,过去光线追踪主要是应用在特效电影、PC游戏中,但是在移动端的应用却不多,主要原因是因为手机渲染能力不足。


10年研发,引领光线追踪技术


而Imagination Technologies日前宣布推出旗舰款图形处理器(GPU)知识产权(IP)产品IMG CXT,同时其PowerVR Photon光线追踪架构也随该IP首次亮相。通过增加Photon硬件光线追踪功能,可以为移动和嵌入式应用带来桌面级质量的视觉效果,并已在多个市场中进行了授权。


Imagination推出C系列GPU,实现L4级光线追踪


时昕表示,Imagination在光线追踪方面拥有着悠久历史,2014年就诞生了第一个支持光线追踪技术的硬件(如图所示)。但当时生态系统还没有准备好,图形API的标准以及相关的开发工具、软件、游戏引擎等都没有完全支持该项技术。


但随着2018年PC桌面市场,2020年在游戏市场纷纷对光线追踪开始支持,这也使Imagination看到了手机光线追踪市场的前景,并与2021年推出CXT系列GPU。


如果要支持光线追踪技术的话,处理器性能一定要更加强大。时昕表示,很多光线追踪的算法如果用传统的方法去做,效率非常差,而通过RAC(光线加速集群),会有数倍提升,同时硬件方法比软件方法的功耗可以显著降低。


IMG CXT-48-1536 RT3 内核具有三个RAC,可提供总体高达1.3 GRay/s的性能。这可以在移动设备的功耗预算下,以高帧率提供逼真的光线追踪阴影、反射、全局照明和环境光遮蔽效果。


IMG CXT在光栅化图形处理性能方面也向前迈出了重要一步,与Imagination的上一代GPU IP相比,其计算、纹理和几何性能都提高了50%。它的低功耗超标量(superscalar)架构可在低时钟频率下提供高性能,从而实现卓越的帧率功耗比(FPS/W)效率,同时 Imagination图像压缩(IMGIC)技术可以大幅降低带宽需求。


Photon架构代表了十年来推动光线追踪在低功耗设备上应用的发展成果,并且在视觉效果可能性方面,为智能手机、平板电脑、笔记本电脑和汽车解决方案带来了重要的飞跃式进展。光线追踪可以在不同的性能和效率等级下执行,为了明确这一点,Imagination 建立了光线追踪等级系统(RTLS),确定了从0级(Level 0)到5级(Level 5)共6个等级的光线追踪功能的要求。


Imagination推出C系列GPU,实现L4级光线追踪


从0级(Level 0)到5级(Level 5)共6个等级的光线追踪功能的要求


时昕特别指出,ImaginationIMG CXT采用的Photon架构是全球首家满足L4光线追踪能力的产品。并且不光应用于移动端,还适用于个人计算机(PC)和数据中心。


得益于Imagination的多核技术,Photon架构可以扩展应用于云、数据中心和PC市场。这可以实现高达 9 TFLOPS(每秒万亿次浮点运算)的FP32光栅化性能和超过7.8 GRay/s的光线追踪性能,同时能够提供比当今的 RTLS 2 级或3级光线追踪解决方案高2.5倍的功耗效率。


IMG CXT也非常适合于超高品质的汽车人机界面(HMI)平台。它可以实现环绕视图中逼真的车辆图像,卫星导航中密集城市区域的展示,以及具备混合现实功能的抬头显示器(HUD)、数字车速表和其他信息显示器。它还可以在车上人员等待车辆充电时提供优质的车内游戏和娱乐体验。


RAC技术介绍


Imagination推出C系列GPU,实现L4级光线追踪


PowerVR Photon架构的主要特点是RAC,这是一种新的低功耗专用硬件GPU组件,相比效率较低的 RTLS 2级架构,它可以加速和卸载更多来自着色器内核的光线追踪计算。


RAC包含了光线存储(Ray Store)、光线任务调度器(Ray Task Scheduler)和相干性聚集器(Coherency Gatherer),并与两个128宽的统一着色器集群(USC)紧密耦合,USC拥有高速专用数据通路,可以实现最高效且功耗最低的光线追踪部署。Ray Store可以在处理过程中将光线数据结构保存在芯片上,并提供对 RAC中所有单元的高带宽读写访问,从而避免了将光线数据存储或读取至动态随机存取存储器(DRAM)所造成的速度降低或功耗增加。Ray Task Scheduler可以卸载着色器集群的任务,并通过专用硬件部署和追踪光线工作负载,同时保持高光线吞吐量和低功耗。独特的Coherency Gatherer单元可以分析所有传播中的光线,并将整个场景中的光线绑定成多个相干组,从而能够以更高的效率对它们进行处理。


Imagination推出C系列GPU,实现L4级光线追踪


Imagination CXT的优势总结


GPU市场爆发,Imagination重返主流


如今,随着GPU在嵌入式和汽车领域的兴起,以及人工智能和桌面GPU市场的需求增加,这些都给了Imagination更多的业绩突破点。而伴随着Imagination将Ensigma Wi-Fi技术出售给Nordic之后,公司可以更专注于在GPU和计算方面的战略部署。


Imagination中国区董事长白农表示,随着应用端对高性能计算和图像处理要求的不断提升,Imagination的产品正应用于更多的场景中。2021年上半年,公司的总收入同比增长55%,签署了超过35项授权协议,其中中国客户占大部分。


而根据Imagination副总裁兼中国区总经理刘国军的介绍可知,2020年Imagination全球营业收入为1.25亿美元,年增幅44%,2021年公司营收将再创新高。目前,Imagination员工总数达到900人,其中80%为工程师。而中国目前工程团队人数已经超过了50名,是几年前的数倍。


目前针对GPU领域,公司拥有2600多项专利,这也是为数不多拥有众多专利的GPU硬件公司之一,其他可比公司包括了英伟达、微软和Photoshop,Imagination则是唯一一家拥有诸多专利的IP公司,这也是芯片客户唯一可以利用的最佳GPU技术。


除了汽车、移动终端之外,Imagination还将研发重点一部分放在了数据中心、桌面以及异构计算平台上,除了GPU之外,公司还拥有AI加速器、RISC-V处理器等技术。


“我们的技术支持定制化,同时也有着非常多的生态积累及团队支持。”这也是Imagination可以成功的关键。”刘国军强调。“Imagination尽管是一家英国公司,背后的投资者来自中国,同时也是唯一一个不受美国管辖的重要GPU IP供应商。”这也是Imagination越来越在中国成功的关键因素之一。


过去中国没有本地的汽车芯片设计公司,也没有AI和桌面GPU公司,而随着近年来本土芯片设计公司的增长,对Imagination中国有了庞大的需求。2020年12月,芯动科技已将Imagination推出的IMG B系列BXT高性能多核图形处理器(GPU)IP,集成到能支持桌面和数据中心应用的PCI-E规格的GPU独立显卡芯片之中。除此之外,诸多AI公司也采用了Imagination的神经单元加速处理器IP。而随着C系列产品的推出,越来越多的SoC客户可以轻松将光线追踪技术引入包括手机或其他便携设备、汽车甚至桌面级GPU中。


谈到生态系统,刘国军特别强调Imagination不止是与芯片公司合作,同时还包括与内容提供者合作,包括游戏开发公司、操作系统开发公司、用户界面开发公司等。


比如此次CTX系列产品的发布,就获得了国内多家游戏公司的力挺。


完美世界游戏技术中心主管徐丹表示:“完美世界游戏和Imagination对基于PowerVR架构的新一代GPU实现高性能和低功耗有着共同的愿景。Imagination 是光线追踪技术的行业领导者,我们希望可以共同探索这项技术在游戏和其他场景中的应用。”


腾讯游戏引擎技术副总监魏楠表示:“光线追踪技术被业界认为是下一代图形技术革命,它也是腾讯游戏不断探索的方向。我们很高兴看到 Imagination 作为光线追踪技术的行业领先者能发布硬件级光线追踪IP,腾讯游戏将与 Imagination 展开密切合作并探索该技术在游戏领域的应用。同时,Imagination 在高性能低功耗图形渲染和处理上拥有深厚的技术积累,双方也将加强在这方面的技术合作,实现游戏体验质的飞跃。”


腾讯WeTest/PerfDog技术总监曹文升表示:“作为腾讯互动娱乐官方出品的行业领先质量服务品牌,在追求高品质高水准的道路上,腾讯WeTest团队与Imagination有着相同的愿景。相信Imagination发布的PowerVR 新一代 GPU的高性能和低功耗特性,可帮助开发者实现更优的游戏性能。同时,WeTest/PerfDog将与Imagination一起不断优化和完善GPU关键参数的获取,为开发者打造更好的游戏体验,更强的平台兼容性提供保障。未来,双方还有望在光线追踪技术、云游戏等领域进行广泛的探索与交流。”


网易游戏资深技术专家李文耀表示:“网易游戏非常重视体验、技术和品质,我们一直就Messiah和Neox自研引擎与Imagination联合进行优化。GPU为实现高质量游戏体验提供了支撑,未来我们希望有机会在游戏开发和打磨中,充分利用PowerVR新一代GPU的高性能与低功耗特性,为玩家打造优质的游戏体验。此外,我们也很期待 Imagination光线追踪技术,这项技术将开启全新的图形渲染和视觉时代,希望与 Imagination 一起探索其在游戏领域的应用。”


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