芯東西（公眾號(hào)：aichip001）
作者 | ?高歌
編輯 | ?Panken
芯東西11月5日?qǐng)?bào)道，今天，英國(guó)IP廠商Imagination推出了其旗艦級(jí)GPU IP產(chǎn)品IMG CXT和光線追蹤架構(gòu)PowerVR Photon。Imagination稱，這是行業(yè)中首個(gè)針對(duì)移動(dòng)端優(yōu)化的光線追蹤架構(gòu)。
IMG CXT通過專用的光線加速集群（RAC）承擔(dān)此前的光線追蹤任務(wù)，在提升芯片性能的同時(shí)，降低了芯片功耗，使其在移動(dòng)端有能力實(shí)現(xiàn)光線追蹤效果。
會(huì)上，Imagination中國(guó)區(qū)董事長(zhǎng)白農(nóng)、副總裁兼中國(guó)區(qū)總經(jīng)理劉國(guó)軍、中國(guó)區(qū)戰(zhàn)略市場(chǎng)與生態(tài)副總時(shí)昕等人和芯東西等媒體進(jìn)行了深入地交流和探討，分享了IMG CXT具體采用的光線追蹤技術(shù)、不同等級(jí)光線追蹤技術(shù)的區(qū)別等產(chǎn)品細(xì)節(jié)，以及Imagination的整體戰(zhàn)略與運(yùn)營(yíng)情況。
▲IMG CXT多核架構(gòu)
一、集成專用硬件，提升GPU計(jì)算和紋理性能
Imagination中國(guó)區(qū)戰(zhàn)略市場(chǎng)與生態(tài)高級(jí)副總時(shí)昕分享了IMG CXT和PowerVR Photon如何做到了當(dāng)前最高等級(jí)的移動(dòng)光線追蹤。
對(duì)于推出的IMG CXT，時(shí)昕談道:“這是一個(gè)革命性的時(shí)刻”。此前，為了明確不同性能、效率下的光線追蹤表現(xiàn)，Imagination建立了光線追蹤等級(jí)系統(tǒng)（RTLS），確立了從0級(jí)到5級(jí)共6個(gè)等級(jí)的光線追蹤功能。
▲光線追蹤等級(jí)系統(tǒng)（RTLS）
目前，采用Photon架構(gòu)的IMG CXT處于RTLS的第4級(jí)。相比于3級(jí)光線追蹤方案，第四級(jí)產(chǎn)品可以分析所有的傳播中的光線，并創(chuàng)建多組相干光線，共同針對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試，可以帶來(lái)更多的并行測(cè)試和更高的效率。
相較于之前BXT MC1 GPU來(lái)說，CXT RT3內(nèi)核新集成了3個(gè)光線加速集群（RAC），該RAC包含光線存儲(chǔ)（Ray Store）、光線任務(wù)調(diào)度器（Ray Task Scheduler）和相干性聚集器（Coherency Gatherer）等。
通過將此前著色器完成的很多工作遷移到這些專用集群中，GPU芯片的計(jì)算和紋理性能提升了50%，幾何性能也提升了50%，單核AI性能6TOPS。
但I(xiàn)MG CXT GPU能夠在有限的功耗預(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。
▲采用光線追蹤技術(shù)（上）和沒有采用光線追蹤技術(shù)的圖像差別（下）
而通過4個(gè)CXT RT3內(nèi)核的加持下，其功耗效率比現(xiàn)有光線追蹤解決方案高2.5倍，32位浮點(diǎn)光柵性能為9TFLOPS，光線追蹤性能為7.8GRay/s。
此外，CXT完全支持Vulkan的光線追蹤技術(shù)，包括光線查詢和光線管線兩種技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說，光線管線需要從光源出發(fā)，追蹤最后進(jìn)入畫面的光線；而光線查詢則是從畫面反向入手推導(dǎo)，相對(duì)光線管線技術(shù)需要推導(dǎo)的光線條數(shù)更少，功耗更低，但也更難實(shí)現(xiàn)。
二、從硬件入手研發(fā)光線追蹤，已具備L5級(jí)技術(shù)實(shí)力
時(shí)昕提到Imagination在GPU領(lǐng)域的時(shí)間已經(jīng)超過35年，是唯一一家非美國(guó)核心專利持有公司。在這一領(lǐng)域，其總共有2680專利和申請(qǐng)。
而早在2014年，Imagination就研發(fā)了行業(yè)中首個(gè)光線追蹤硅架構(gòu)，并演示了代號(hào)為“Plato”的GR6500測(cè)試芯片。
但是由于該產(chǎn)品的生態(tài)和技術(shù)上的不成熟，Imagination并沒有將這一技術(shù)推向市場(chǎng)。而是在一致發(fā)展、完善和優(yōu)化該架構(gòu)。
時(shí)昕稱，此前有些移動(dòng)端光線追蹤方案往往局限于軟件調(diào)教，不具備相應(yīng)的硬件能力。
Imagination的技術(shù)前瞻副總裁Kristof Beets也通過線上的方式參與了本次活動(dòng)，他認(rèn)為基于軟件的移動(dòng)端光線追蹤技術(shù)可能在Demo中可以展現(xiàn)出較為良好的效果，但是在真實(shí)地游戲體驗(yàn)中，基于軟件的光追方案可能會(huì)占用大量運(yùn)算資源，占用較高的功耗。
他還透露，事實(shí)上當(dāng)前Imagination已能夠研發(fā)具有5級(jí)性能的光線追蹤方案，但是通過和游戲開發(fā)者等行業(yè)人士交談，Imagination發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)并沒有做好相應(yīng)的準(zhǔn)備，行業(yè)缺少適應(yīng)這一技術(shù)的移動(dòng)端3D引擎和內(nèi)容，需要以4級(jí)光線追蹤技完成對(duì)市場(chǎng)的培育后在進(jìn)行新的發(fā)布。
在IP設(shè)計(jì)流程中，Imagination和很多軟件、芯片廠商都有過合作，具備靈活、開放的商業(yè)模式，但是本次并沒有某家公司進(jìn)入IP的核心設(shè)計(jì)流程。
此外，Imagination還推出了PVRTune工具，該工具可以讓開發(fā)者查看底層的光線追蹤計(jì)數(shù)器，例如每秒的光線數(shù)、包圍盒測(cè)試器負(fù)載、緩存命中率、每秒遍歷（遞歸）的光線數(shù)。事實(shí)上，IMG CXT GPU IP已經(jīng)被提供給很多芯片廠商，但是時(shí)昕并沒有透露具體的客戶名字。
▲PVRTune工具
三、工程師人數(shù)占比達(dá)8成，主要布局四大領(lǐng)域
劉國(guó)軍也分享了Imagination的經(jīng)營(yíng)和戰(zhàn)略布局。
他提到在2017年的時(shí)候，Imagination的員工為六七百人，當(dāng)前Imagination在全球擁有超過800名員工，其中80%以上為工程師。
憑借強(qiáng)勁的研發(fā)實(shí)力，2020年，Imagination營(yíng)收達(dá)1.25億美元，年收入增長(zhǎng)44%，在移動(dòng)GPU和汽車GPU的市場(chǎng)份額分別為37%和45%。
當(dāng)前，Imagination擁有GPU、RISC-V CPU、AI專用人工智能硬件和網(wǎng)絡(luò)解決方法四大產(chǎn)線。
其中在GPU領(lǐng)域，Imagination的產(chǎn)品分別為專注成本的XE/XM GPU和高端高性能、光線追蹤XT GPU和安全領(lǐng)域（汽車）的XS GPU。在AI專用硬件領(lǐng)域，Imagination具有NNA高性能低功耗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器。據(jù)劉國(guó)軍透露，Imagination的主要戰(zhàn)略重心則集中在汽車、移動(dòng)和消費(fèi)、數(shù)據(jù)中心/桌面和計(jì)算領(lǐng)域。
結(jié)語(yǔ)：移動(dòng)端光追成藍(lán)海，功耗、面積為最大桎梏
隨著智能手機(jī)終端技術(shù)的不斷進(jìn)步，其在當(dāng)前生活中的占比也越來(lái)越高，同時(shí)消費(fèi)者對(duì)于便捷地移動(dòng)端產(chǎn)品要求也越來(lái)越高。
最近一段時(shí)間以來(lái)，已有不少?gòu)S家瞄準(zhǔn)移動(dòng)端光線追蹤這一技術(shù)，力圖在移動(dòng)端復(fù)刻PC技術(shù)。在會(huì)后芯東西和Imagination專家的交流來(lái)看，移動(dòng)端主要的技術(shù)瓶頸仍為在功耗、芯片面積限制情況下的性能問題。而等級(jí)越高的光線追蹤解決方案，其功耗也應(yīng)當(dāng)越低，以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端的桌面級(jí)體驗(yàn)。
