隨著5G的發(fā)展，手機(jī)越來越被人們所依賴，將其稱之為移動電腦毫不為過。而手機(jī)游戲則占據(jù)了手機(jī)使用的大部分時間。通訊技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)設(shè)備的更新，憶往昔，手游曾從“貪吃蛇”、“俄羅斯方塊”、“植物大戰(zhàn)僵尸”、到“王者榮耀”等，經(jīng)歷了幾個時代的變遷。游戲行業(yè)發(fā)展到今天，手游已經(jīng)超越端游成為最大游戲市場。據(jù)ABI 2022年的調(diào)查顯示，手機(jī)游戲用戶將從26億增長到2030年的39億，特別是到2026年，將有85%的玩家首選在手機(jī)上玩游戲。顯然良好的用戶體驗決定著手游領(lǐng)域的長足發(fā)展。比如沉浸感的體驗，逼真、流暢的畫面以及更長的待機(jī)時間。而實現(xiàn)這些效果離不開一款高性能的GPU。GPU在智能手機(jī)中的作用越來越凸顯，將獲得與CPU同等重要的位置。近期Imagination發(fā)布其新一代GPU DXT系列，該公司中國區(qū)技術(shù)總監(jiān)艾克先生分享了全新一代DXT系列GPU 的關(guān)鍵技術(shù)，特別是可擴(kuò)展的光線追蹤技術(shù)、可變速的著色技術(shù)，包括在手游領(lǐng)域可以提高性能、降低功耗的關(guān)鍵技術(shù)。另據(jù)官方公布的數(shù)據(jù)顯示，該系列的旗艦產(chǎn)品DXT-72-2304能夠提供超高端移動設(shè)備所需的性能，具有72 GTexels/s和2.5 TFLOP FP32算力。與上一代產(chǎn)品相比，其最大單核性能提升了50%。DXT核的單位面積性能密度比IMG CXT GPU高出20%，同時大幅降低了功耗。硬件光線追蹤發(fā)展對于光線追蹤技術(shù)，在PC端并不陌生，而在手機(jī)端該技術(shù)還非常罕見，由于其可明顯提升游戲畫面光線視覺感受，各大廠商紛紛布局該技術(shù)。艾克先生解釋，光線追蹤解決的是讓3D游戲場景中的光照更加貼近真實生活中的折射和反射。在下圖中光線追蹤技術(shù)可使人物和鯊魚在水中的細(xì)節(jié)能夠展示得更加真實。然而，這些光線的折射和漫反需要很大的資源開銷，在桌面游戲中，高端的服務(wù)器也需要一定時間烘焙這些畫面?，F(xiàn)在Imagination將這些光線追蹤技術(shù)帶到手機(jī)領(lǐng)域。

而市場上投入光線追蹤的技術(shù)，多數(shù)是采用純軟件算法來實現(xiàn)，計算資源消耗巨大，其效果也不甚理想。艾克先生將光線追蹤技術(shù)分為幾個等級。第一級光線追蹤技術(shù)，均是軟件實現(xiàn)的，開銷較大，CPU占用資源比較高。第二級光線追蹤技術(shù)，對一些光盒或者三角形碰撞用硬件處理，節(jié)省了CPU資源，目前典型的桌面顯卡都采用這項技術(shù)。第三級光線追蹤技術(shù)，BVH回溯以硬件支持，這是光線追蹤描述大場景下的結(jié)構(gòu)，就是大小矩形框把整個場景描述，光線在這里碰撞需要回溯，以硬件來實現(xiàn)，可降低功耗。第四級光線追蹤技術(shù)，也正是Imagination所處階段，與前幾級不同的是，除了光盒自動測試和回溯，Imagination還把相同光線上的光數(shù)統(tǒng)一計算，用統(tǒng)一的指令運(yùn)行，該方案在提高性能的同時也降低功耗。第五級，當(dāng)然光線追蹤技術(shù)不止于此，Imagination還在繼續(xù)開發(fā)其下一代光線追蹤技術(shù)，以滿足日新月異的市場變化。

下圖為Imagination光線追蹤架構(gòu)，特別是PCG部分，即現(xiàn)階段光線追蹤的高光時刻，能夠把相同的光數(shù)聚合在一起統(tǒng)一計算，然后用相同的指令完成并行計算，節(jié)省了大量的功耗，艾克解釋。

無論是主流機(jī)還是高端機(jī)，Imagination DST系列可配置的光線追蹤技術(shù)可運(yùn)用到各個手機(jī)領(lǐng)域的層次，不同的IP設(shè)計。從0.5RAC提供216MB/秒的光數(shù)運(yùn)算能力，8GB的光和檢測運(yùn)算能力，到高配4RAC，提供1.5GB的光線追蹤算力，64GB的光合檢測能力。滿足不同需求的手機(jī)游戲或者手機(jī)游戲芯片的設(shè)計。

同時，IMG DXT系列 也支持FSR，F(xiàn)ragment Shading Rate技術(shù)，可以使游戲開發(fā)者針對不同的區(qū)域定義Fragment Shade的執(zhí)行次數(shù)，并大幅提高圖形性能，降低占用的帶寬與功耗。同時通過減少投射到場景中的光線提高光追的效率，這意味著可以在更小的硅片面積上實現(xiàn)逼真的燈光和陰影。艾克先生強(qiáng)調(diào)，Imagination的光線追蹤技術(shù)+FSR技術(shù)如黃金搭檔般的結(jié)組合，在沒有開啟FSR時可能需要每幀6.9MB的運(yùn)算能力，但如果配上FSR計算，運(yùn)算1次或者運(yùn)算2次，細(xì)節(jié)表現(xiàn)更加真實，1幀畫面只需要3.2MB的光數(shù)計算能力，再配合Imagination的可擴(kuò)展的RAC，即便是更小的RAC，也能夠?qū)崿F(xiàn)游戲中的光追效果，給客戶帶來更好的沉浸式體驗。IMG DXT 系列GPU關(guān)鍵功能更新2D Dual-Rate Texturing-提高游戲后期效果的性能，提升沉浸感，通過較小的面積實現(xiàn)翻倍的能效。而RISC-V架構(gòu)，相比上一代產(chǎn)品可帶來40%的性能提高，并且在汽車系列中得到芯片驗證。Pipelined Data Master-改變了上一代Data Master在運(yùn)行時，另外一個Data Master需要在等待的步驟，新的Pipelined Data Master，在GPU的上一個工作還在處理執(zhí)行的情況下，固件就可以設(shè)定下一個工作。調(diào)度間隙的減小，可帶來5%的性能提升。引進(jìn)硬件的HDR，可以通過標(biāo)準(zhǔn)API支持，提高畫面的亮度、對比度，從而顯示更加真實。

本次發(fā)布的DXT包括面向主流機(jī)、面向高端機(jī)、面向旗艦機(jī)三個系列。主流機(jī)更注重單位面積性能，高端機(jī)則具更高的性能實現(xiàn)，旗艦機(jī)追求更高性能和手機(jī)整體表現(xiàn)，艾克解釋。Imagination 公司首席營銷官 David Harold先生表示，在過去幾年中也有些芯片制造或IP廠商公開稱自己掌握了手機(jī)光線追蹤的技術(shù)，但并沒有看到其真正推向市場，主要原因是能耗過大，很難在手機(jī)上得到有效的應(yīng)用。換句話說，他們多數(shù)還在采用第一級別的軟件光追方案。而Imagination 第四級硬件光線追蹤技術(shù)，對于減少能耗有著重要的意義。而Imagination在上一代CXT的GPU就能夠支持硬件級別的光線追蹤，但未來針對更多的是高端設(shè)備，今天的DXT系列，可擴(kuò)展的光線追蹤技術(shù)，均可應(yīng)用在高端機(jī)、主流機(jī)、旗艦機(jī)，從而增加市場覆蓋率，讓這項技術(shù)漸漸成為真正意義上的主流。歷代GPU產(chǎn)品DXT系列的重隆推出，離不開該公司在GPU領(lǐng)域的多年技術(shù)沉淀，早在2019年Imagination就發(fā)布了其IMG AXT系列GPU，獲得2.5倍的單位面積性能優(yōu)勢，使得該公司在單位性能面積上處于領(lǐng)先優(yōu)勢地位。隨后2020年，IMG BXT系列多核架構(gòu)GPU的推出，可用4核同時渲染1幀內(nèi)容，使得算力成倍擴(kuò)展。而2021年的IMG CXT系列實現(xiàn)了其首款將光線追蹤加速硬件緊密集成到芯片中的GPU核，將光線追蹤技術(shù)引入到手機(jī)領(lǐng)域，至此Imagination GPU現(xiàn)實歷史上的一個重要里程碑。

在談到關(guān)于Imagination公司概況時，Imagination 公司副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理劉國軍先生表示，Imagination是世界第四大硅IP，現(xiàn)有超過3000多項專利申請。而IP的價值也在半導(dǎo)體開發(fā)中顯而易見。半導(dǎo)體開發(fā)成本在快速攀升，而直接購買第三方IP的成本要遠(yuǎn)低于自己研發(fā)的成本。其次IP對于傳統(tǒng)的OEM廠商也至關(guān)重要，他們在芯片設(shè)計的整個流程，包括芯片制造方面的經(jīng)驗少，但在應(yīng)用方面有廣大的市場，所以IP給他們提供了更多可能性。另外，無論是SOC提供商還是OEM都希望自己的產(chǎn)品具有差異化，他們可以把開發(fā)IP節(jié)省下來的資金投入到更需要的地方。以上市場需求為IP廠商帶來極大的機(jī)遇，而Imagination在過去的兩年中年增長率達(dá)到33%。劉總也表示，中國是一個重點的發(fā)展和投入的地方。Imagination新的戰(zhàn)略主要聚焦四大應(yīng)用領(lǐng)域：傳統(tǒng)的手機(jī)，消費(fèi)電子、汽車、數(shù)據(jù)中心。正如David所講，硬件級光線追蹤技術(shù)在PC端雖然隨處可見，但對于移動端，真正可以達(dá)到4級追光技術(shù)的，Imagination算是市場的領(lǐng)頭羊，此次DXT系列 GPU的發(fā)布，所帶來的意義與之前的軟件方案的光線追蹤以及該公司前一代硬件光線追蹤相比都有非凡的意義。對于Imagination 硬件光追技術(shù)，生態(tài)圈各位大佬都給予好評和期望。