Contenuto

• Naming
• Comprensione dei numeri di modello
• Core, unità di esecuzione, ALU
• Il panorama della GPU sta cambiando
• Incartare

Quando si tratta di grafica per smartphone, la maggior parte dei dispositivi Android utilizza unità di elaborazione grafica (GPU) di Qualcomm (Adreno) o Arm (Mali), ma come direbbe Yoda, ce n'è un'altra.

Forse hai notato il nome PowerVR in relazione ad alcuni processori Android. PowerVR è una serie di GPU di Imagination Technologies. Il processore MediaTek Helio P90 utilizza PowerVR GM9446, MediaTek Helio X30 utilizza PowerVR 7XTP-MT4 e Helio P22 utilizza PowerVR GE8320. Anche altri processori MediaTek, tra cui Helio P35, Helio X10 e MT8183 (disponibili in Amazon Kindle Fire HD), utilizzano GPU PowerVR.

Non è solo MediaTek. Unisoc SC9861G-IA utilizza PowerVR GT7200. La linea Atom di Intel ha diversi modelli con GPU PowerVR. PowerVR può essere trovato anche nei processori di Allwinner e Rockchip.

L'elefante nella stanza è Apple. Fino a poco tempo fa Apple ha incorporato le GPU di Imagination nei suoi processori serie A. Il processore Apple A4, presente in iPhone 4, utilizzava PowerVR SGX 535. A5 e A6 utilizzavano PowerVR SGX543, A7 utilizzava PowerVR G6430, A8 utilizzava GX6450 e A9 utilizzava GT7600. Ed è qui che tutto è finito piuttosto bruscamente. Mentre la A10 probabilmente utilizzava una sorta di GPU ibrida personalizzata, la relazione di Apple con Imagination è cambiata drasticamente. Il risultato è stato uno sconvolgimento per l'azienda a livello commerciale. Ci sono stati cambiamenti nella parte superiore (CEO e CFO), la società ha venduto la sua divisione MIPS CPU e alla fine il resto della società è stato acquisito da Canyon Bridge, un fondo di private equity focalizzato sulla Cina.

L'elefante nella stanza è Apple.

Tuttavia, le GPU PowerVR non sono morte e potenzialmente ha un futuro brillante. Le GPU si trovano in più di un semplice smartphone. Tutti i tipi di dispositivi da set-top box, smart TV, sistemi di infotainment per auto e attrezzature mediche, utilizzano tutti GPU. In secondo luogo, l'uso continuato delle GPU PowerVR nei nuovi processori, come Helio P90, significa che i produttori di SoC considerano ancora la GPU PowerVR come un'opzione praticabile. In terzo luogo, l'attuale panorama delle GPU sta cambiando e se l'immaginazione è in grado di cavalcare l'onda, potrebbe emergere in cima. Ne parleremo più avanti.

Naming

Nominare le cose è sempre difficile, ma alcune aziende sono meglio di altre. Gli schemi di denominazione della GPU di Qualcomm e Arm sono relativamente semplici. Lo schema di denominazione della GPU Imagination è un po 'più sfumato!

La prima informazione chiave è che l'azienda ha attualmente due importanti architetture GPU: Rogue e Furian. Le prime GPU basate su Rogue sono state rilasciate nel 2012 con le GPU PowerVR Series6. L'architettura di Rogue è stata ottimizzata e sviluppata nel corso degli anni ed è stata la base di tutte le GPU Imaginations fino alle GPU Series9XE e Series9XM del 2017.

Furian è una nuova architettura GPU, il primo rinnovamento dell'architettura di Imagination dal 2012. Al momento ci sono due GPU Furian, la PowerVR GT8525 e la PowerVR GT8540. Entrambi fanno parte della gamma PowerVR Series8XT, il che è un po 'confuso poiché le GPU Series9XE e XM utilizzano la vecchia architettura Rogue, così come la Series8XE e la Series8XE Plus. Nessun processore mobile annunciato utilizza attualmente una GPU Furian.

Comprensione dei numeri di modello

Le GPU PowerVR utilizzano generalmente numeri di modello a quattro cifre. La GPU nell'Helio P90 è la GM9446, mentre l'Helio P22 utilizza il GE8320. Cosa significano tutti quei numeri?

La prima cifra è il numero di "serie". Quindi tutti i processori della serie Series8XE e XE Plus iniziano con un 8. I processori della gamma Series9 iniziano con un nove e così via.

La seconda cifra indica quanti pixel vengono elaborati per ciclo di clock. Generalmente, il numero specificato è la metà della velocità in pixel effettiva. Quindi "4" significa otto pixel per clock, "2" significa quattro pixel pers clock e "1" significa due pixel per clock.

La società ha attualmente due importanti architetture GPU: Rogue e Furian.

La terza cifra indica la potenza di elaborazione della GPU. Alcuni produttori di GPU citano il numero di "core" nella GPU.Il termine "core" è aperto ad un po 'di contabilità creativa e anche a una tecnica di handwaving, il che significa che ciò che un venditore intende per "core" è diverso da un altro. Mi immergerò in questo argomento un po 'più in profondità in un momento, ma più alta è la terza cifra maggiore è la prestazione. Le tariffe sono diverse in ogni generazione, ma per le GPU Series9:

• 1 = 64 FP16 FLOP / Clock
• 2 = 128 FP16 FLOP / Clock
• 4 = 256 FP16 FLOP / Clock

L'ultima cifra è una bandiera caratteristica. Ad esempio, GE8322 (notare i due alla fine) supporta la compressione buffer frame PVRIC (algoritmo di compressione e decompressione lossless di PowerVR), mentre GE8340 (notare lo zero), non lo supporta.

Core, unità di esecuzione, ALU

Molto tempo fa, in un universo molto, molto lontano, le GPU usavano due diversi tipi di shader. Gli shader Vertex, che erano responsabili di eseguire trasformazioni su un elenco di punti (vertici) dal mondo 3D al mondo 2D di uno schermo piatto; e Pixel shader, che calcolavano il colore di un pixel in base alle informazioni sull'illuminazione e sulla trama. Questi shader erano programmabili e generalmente c'erano più shader Pixel che shader Vertex.

Gli shader diventano noti come core, e con l'avvento del Unified Shader Model, in cui uno shader poteva agire come uno shader Vertex o uno shader Pixel, il termine core divenne ancora più popolare.

Con l'avanzare della progettazione della GPU, la forma di questi core ha iniziato a mutare. In precedenza un singolo core dello shader conteneva tutta la logica necessaria, inclusa la pianificazione, l'esecuzione e l'invio delle istruzioni in esecuzione sullo shader (perché sono programmabili). Per aumentare la produttività, i progettisti di GPU hanno iniziato ad aumentare alcune parti del design dello shader, rendendole "più grasse" nel mezzo. Questo potrebbe raddoppiare o quadruplicare il throughput di un core shader, ma ora la domanda diventa se avere un core con quattro unità di esecuzione o quattro core.

Nelle GPU PowerVR, i bit che eseguono la matematica attuale sono chiamati Arithmetic Logic Unit (ALU). Sono disponibili in versioni a 16 e 32 bit e sono raggruppati in gruppi.

Il PowerVR GX6650 ha sei cluster con un totale di 192 core a 32 bit (FP32) ALU, dovrebbe essere chiamato GPU 192 core? Forse lo schema di denominazione di Imagination è l'approccio migliore dopo tutto!

Il panorama della GPU sta cambiando

Le GPU avevano un solo lavoro e un solo lavoro, grafica 3D, ma i tempi sono cambiati ". Le GPU ora gestiscono tutti i tipi di attività altamente parallele nell'informatica scientifica e nell'apprendimento automatico. La maggior parte di ciò accade ancora su supercomputer o su macchine costruite con più schede grafiche di fascia alta. Tuttavia, sta iniziando a passare alle GPU mobili. I moderni smartphone di punta possono eseguire modelli di inferenza della rete neurale, per cose come il riconoscimento di oggetti nell'app della fotocamera. Android stesso ora ha un'API di rete neurale che può utilizzare la GPU, se sono disponibili i driver giusti.

Le GPU PowerVR fanno parte di questo panorama in evoluzione e sono compatibili con OpenCL e la rete neurale di Android HAL. Se l'esecuzione di una rete neurale sulla GPU non è sufficiente, Imagination ha anche un acceleratore di rete neurale che supporta la rete neurale di Android HAL, Caffe e TensorFlow.

E poi c'è Raytracing.

Quindi c'è raytracing. Di recente Nvidia ha fatto notizia con le sue GPU desktop in grado di eseguire raytracing in tempo reale. Come aggiornamento, il raytracing è una tecnica che "traccia" il percorso dei raggi luminosi attraverso un ambiente 3D. Mira a imitare da vicino l'attuale fisica della luce. Il risultato è un'illuminazione altamente realistica, ombre, riflessi ed effetti di rifrazione.

L'immaginazione è da anni leader nel raytracing basato su hardware e, sebbene non sia ancora presente nei processori mobili dell'azienda, sta sicuramente guadagnando terreno sul desktop. L'immaginazione non vende attualmente schede grafiche raytracing per desktop, ma ha prodotto alcuni hardware mobili a prova di concetto tra cui il PowerVR GR6500.

Forse ti starai chiedendo come un'azienda che non vende alcun hardware di raytracing reale potrebbe essere un "leader nel raytracing basato su hardware". La risposta è proprietà intellettuale. L'immaginazione non produce chip, tutta la sua tecnologia GPU è concessa in licenza da produttori di chip, come MediaTek, e incorporata in processori mobili insieme a una CPU e altre parti.

Lo stesso vale probabilmente per le tecniche e la tecnologia hardware di raytracing. L'immaginazione non ha fatto annunci pubblici su chi autorizzi la sua tecnologia di raytracing, ma possiamo speculare!

Il mercato delle GPU mobili è fluido. I contratti vengono vinti e i contratti persi. I produttori di processori mobili sono sempre alla ricerca di un vantaggio rispetto alla concorrenza in termini di prestazioni, efficienza energetica, costi e funzionalità. Mentre Imagination e Apple hanno una relazione diversa oggi, altri produttori di chip hanno bisogno di parti GPU, tra cui MediaTek. Oltre a MediaTek ci sono altre possibilità, non solo nel mobile, ma anche in altri mercati come quello automobilistico, dell'intrattenimento domestico e medico.

Samsung si allontanerà mai dal suo attuale fornitore di GPU? Che dire di Huawei? C'è ancora posto per PowerVR accanto alle CPU per tablet Intel? Che dire di Unisoc o Xiaomi's Pinecone o persino della prossima iterazione del processore NUCLUN di LG?

Incartare

Le GPU PowerVR sono l'opzione GPU alternativa dell'ecosistema Android dopo le offerte di Qualcomm e Arm. Dobbiamo ancora vedere una GPU mobile basata su Furian in un chip reale e sarebbe interessante vederne una. Con l'avvento dell'apprendimento automatico dei dispositivi mobili e le promesse della possibile tecnologia di raytracing nei processori mobili, saremmo tutti saggi a tenere d'occhio l'immaginazione, perché potremmo tutti essere sorpresi di vedere dove appariranno le GPU PowerVR!