據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,,2020年GPU行業(yè)規(guī)模為200億美元,,預(yù)計2021年將增長15%。從2015年到2025年,,GPU市場規(guī)模預(yù)計將從80億美元擴展到350億美元,,年復(fù)合增長率達(dá)13%,。
2015-2025年GPU市場規(guī)模趨勢(數(shù)據(jù)來源:AI芯天下)
從當(dāng)前市場和技術(shù)趨勢發(fā)展來看,,無論是近期大熱的元宇宙、云游戲,,還是可視化,、數(shù)據(jù)中心、智能汽車,,以及桌面和移動終端等,都需要大量的高性能圖像處理和渲染能力,,對GPU提出了巨大的需求,。因此,近年來呈現(xiàn)出GPU市場增速迅猛,,蓬勃發(fā)展的態(tài)勢,。
以當(dāng)前火熱的元宇宙為例,作為虛擬世界和現(xiàn)實世界融合的載體,,元宇宙中蘊含著游戲,、社交、辦公,、內(nèi)容等場景變革的巨大機遇,,正在成為科技企業(yè)競相追逐的風(fēng)口。元宇宙的誕生需要依賴多項底層技術(shù)的搭建與完善,,最關(guān)鍵的部分在于其載體與內(nèi)容,,需要多項復(fù)雜的技術(shù)。GPU作為打造元宇宙的“數(shù)字底座”,,為元宇宙建立提供基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建和協(xié)作,,依托GPU的圖像處理技術(shù)繼續(xù)優(yōu)化,幫助渲染元宇宙世界,,提升元宇宙的真實場景式體驗,。
不難發(fā)現(xiàn),在傳統(tǒng)行業(yè)持續(xù)更迭與新興市場的不斷崛起中,,GPU作為底層技術(shù)的支撐角色,,正在給眾多行業(yè)帶來更多的可能性。
硬件光線追蹤技術(shù)邁進(jìn)移動端
在GPU市場發(fā)展如火如荼的今天,,行業(yè)新老廠商紛紛入局,,在追求產(chǎn)品性能與上市速度的賽道上卯足了火力。當(dāng)中,,GPU IP憑借技術(shù)密集度高,、成本效益高、可重復(fù)利用等特點扮演著越來越重要的角色,,越來越多的行業(yè)廠商借助成熟的IP提升芯片性能,,降低設(shè)計難度和成本,,加快產(chǎn)品上市時間。
在此行業(yè)趨勢和發(fā)展背景下,,行業(yè)領(lǐng)先的半導(dǎo)體IP供應(yīng)商——Imagination Technologies(下文簡稱:Imagination)近日在上海舉行了Imagination GPU新技術(shù)暨IP新產(chǎn)品發(fā)布會,,圍繞其新產(chǎn)品和新技術(shù),深度探討了在GPU技術(shù)創(chuàng)新與塑造新型產(chǎn)業(yè)格局的發(fā)展趨勢下,,新一輪的突破和革新,。
11月4日,Imagination推出了旗艦款GPU IP產(chǎn)品——IMG CXT,,同時其PowerVR Photon光線追蹤架構(gòu)也隨該IP首次亮相,。通過增加Photon硬件光線追蹤功能,IMG CXT實現(xiàn)了GPU IP的又一次重大飛躍,,能夠為包括游戲在內(nèi)的眾多圖形處理應(yīng)用場景提供超高的性能保障,。
據(jù)Imagination中國區(qū)戰(zhàn)略市場與生態(tài)副總時昕博士介紹:“Photon架構(gòu)代表了十年來推動光線追蹤在低功耗設(shè)備上應(yīng)用的發(fā)展成果,是目前業(yè)界最先進(jìn)的光線追蹤架構(gòu),,在視覺效果可能性方面,,可以為移動和嵌入式應(yīng)用帶來桌面級質(zhì)量的視覺效果,L4級別的GPU硬件光線追蹤解決方案相比L1級別軟件方案有百倍以上的性能功耗比提升,,游戲玩家的體驗和電池續(xù)航時間將得到大幅度完善,。目前該技術(shù)已對數(shù)個市場客戶進(jìn)行了授權(quán)?!?/p>
光線追蹤技術(shù)被稱為計算機圖形領(lǐng)域中的“圣杯”,,對于業(yè)內(nèi)從事相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計或仿真工作的工程師而言并不陌生。在現(xiàn)實世界中,,當(dāng)光照射到物體表面時,,光線會以各種方式反彈、分散和反射,,直至最終到達(dá)我們的眼睛,,正是這種復(fù)雜的交互作用創(chuàng)造了我們的現(xiàn)實“視界”。在傳統(tǒng)的圖形渲染(光柵化處理)中,,光照貼圖和陰影貼圖是經(jīng)過預(yù)先計算好,,然后應(yīng)用到場景中以模擬場景外觀。而光線追蹤是一種渲染技術(shù),,可以精確地追蹤場景中光線的路徑,,相比光柵化技術(shù),它可以渲染出可信且具有更高真實感和保真度的反射,、折射,、陰影和光照效果。
可以簡單理解為,光線追蹤通過模擬真實世界中光線的表現(xiàn),,可以使圖形真實感達(dá)到躍升式變化,,創(chuàng)造出與現(xiàn)實生活幾乎無異的3D場景。
追溯其發(fā)展歷程可見,,Imagination在10年前開創(chuàng)了硬件加速光線追蹤技術(shù)之先河,,然而由于其計算的復(fù)雜性,光線追蹤也只是應(yīng)用在臺式機和游戲機上,。而現(xiàn)在則通過全新的Photon架構(gòu)將光線追蹤擴展至移動市場,,移動開發(fā)者和游戲玩家現(xiàn)在也能夠利用這種渲染技術(shù)和全面的硬件加速功能。
在移動端,,由于采用傳統(tǒng)的光柵化方法在智能手機游戲中“偽造”陰影和反射的成本變得非常高昂,,比如在常見游戲引擎中,反射是使用級聯(lián)陰影貼圖生成的,,這需要多次渲染屏幕中的幾何體,并將陰影貼圖查找表寫入存儲器中,,所有這些操作都會消耗周期和帶寬,,并產(chǎn)生大量的GPU和系統(tǒng)功耗。對此,,Imagination在高效光線追蹤方面實現(xiàn)的創(chuàng)新將先進(jìn)的3D圖形處理功能引入移動設(shè)備,,為移動圖形處理行業(yè)創(chuàng)造了一種全新的能力,實現(xiàn)將逼真的圖形內(nèi)容帶入到移動設(shè)備中的愿景,,進(jìn)而推動智能手機的新變革,。
時昕博士指出:“Photon架構(gòu)的主要特點是RAC(光線加速集群),RAC包含了光線存儲(Ray Store),、光線任務(wù)調(diào)度器(Ray Task Scheduler)和相干性聚集器(Coherency Gatherer),,并與兩個統(tǒng)一著色器集群(USC)緊密耦合,USC擁有高速專用數(shù)據(jù)通路,,可以實現(xiàn)最高效且功耗最低的光線追蹤部署,。”
RAC是一種新的低功耗專用硬件GPU組件,,相比效率較低的光線追蹤架構(gòu),,它可以加速和卸載更多來自著色器內(nèi)核的光線追蹤計算??梢詾殚_發(fā)人員提供比市場上的現(xiàn)有解決方案更強大,、更具一致性的光線追蹤性能,從而支持他們在渲染汽車,、角色和地形等復(fù)雜表面時提供更優(yōu)質(zhì)的效果,,并創(chuàng)建出更細(xì)致的環(huán)境。
IMG CXT-48-1536 RT3 內(nèi)核具有三個光線加速集群(RAC),可提供總體高達(dá)1.3 GRay/s的性能,,即使在移動設(shè)備低功耗的情況下,,也能以1080P分辨率實現(xiàn)高達(dá)60FPS的實時光線追蹤渲染,滿足日常游戲高端需求,。
隨著光線追蹤技術(shù)在各種圖形處理應(yīng)用中變得越來越重要,,Imagination在2020年推出了一套光線追蹤等級系統(tǒng)(Ray Tracing Levels System),其中包括6個等級(Level 0-Level 5),。
0級:傳統(tǒng)解決方案
1級:傳統(tǒng)圖形處理器(GPU)軟件
2級:硬件中的光線/包圍盒和光線/三角形測試器
3級:硬件中的層次包圍盒(BVH)處理
4級:硬件中的BVH 處理和相干性分類
5級:硬件中使用場景層次生成(SHG)進(jìn)行相干性BVH 處理
Imagination技術(shù)前瞻副總裁 Kristof Beets表示,,該等級分類用以解釋不同光線追蹤解決方案所提供的卸載數(shù)量和質(zhì)量,有了這個系統(tǒng),,開發(fā)人員和OEM廠商就可以更清晰地了解現(xiàn)在和未來可用的光線追蹤加速解決方案的功能,,以及各種光線追蹤實現(xiàn)方式之間的差異。
IMG CXT采用的Photon架構(gòu)處于RTLS的4級(Level 4),,是當(dāng)前業(yè)內(nèi)可用的最先進(jìn)的光線追蹤技術(shù),,為開發(fā)人員提供了一個專門用于加速光線追蹤的硬件組件,提升了光線追蹤的性能和效率,,從而可為移動游戲玩家和開發(fā)者提供桌面級質(zhì)量的體驗,。據(jù)透露,Imagination早在2016年就已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)Level 5級的光線追蹤技術(shù),,由于考慮到產(chǎn)業(yè)技術(shù)配套和市場平衡等方面原因,,希望在一定的功耗預(yù)算下給移動用戶帶來更好的體驗,幾年來一直在優(yōu)化這個技術(shù),,本次Level 4的Photon架構(gòu)率先亮相,。
此外,在光柵化圖形處理性能方面,,IMG CXT也向前邁出了重要一步,,與上一代GPU IP相比,其計算,、紋理和幾何性能都提高了50%,。它的低功耗超標(biāo)量(superscalar)架構(gòu)可在低時鐘頻率下提供高性能,從而實現(xiàn)卓越的幀率功耗比(FPS/W)效率,,同時 Imagination圖像壓縮(IMGIC)技術(shù)可以大幅降低帶寬需求,。
另外我們還發(fā)現(xiàn),Imagination的優(yōu)勢還體現(xiàn)在其多核GPU架構(gòu)方面,,例如在提供更高算力的同時保持成本可控,,將芯片做得更小以提升良率等。值得注意的是,,其多個GPU內(nèi)核既可以獨立工作,,也可以部分甚至全部組合在一起工作,,以高度的靈活性來應(yīng)對各種需求不同的應(yīng)用。
得益于Imagination的多核技術(shù),,Photon架構(gòu)除了為移動設(shè)備和汽車等應(yīng)用提供光線追蹤功能外,,還可以擴展應(yīng)用于云、數(shù)據(jù)中心,、XR及桌面市場,。這可以實現(xiàn)高達(dá)9 TFLOPS(每秒萬億次浮點運算)的FP32光柵化性能和超過7.8 GRay/s的光線追蹤性能,同時能夠提供比當(dāng)今的RTLS 2/3級光線追蹤解決方案高2.5倍的功耗效率,。
可以看到,,處理效率的級進(jìn)變化,實現(xiàn)了光線追蹤的更高功率,、性能和帶寬效率,,對于在要求較高持續(xù)游戲性能的移動端(且設(shè)備不會過熱,并且在合理的帶寬預(yù)算范圍內(nèi))交付光線追蹤而言,,具有十分重要的作用,。而且,對于熱約束的PC和服務(wù)器/云端解決方案而言,,同樣至關(guān)重要,。
不斷押注中國市場
領(lǐng)先的技術(shù)水平自然會推動市場業(yè)績的快速增長。據(jù)了解,,Imagination 2020年營收達(dá)到1.25億美元,同比增長44%,。2021年上半年營收同比增長更是高達(dá)55%,,達(dá)到7600萬美元。
對于公司之所以能夠取得如此強勢的增長,,Imagination公司副總裁,,中國區(qū)總經(jīng)理劉國軍表示,2021上半年,,Imagination簽署了超過35項授權(quán)協(xié)議,,涉及汽車、數(shù)據(jù)中心和桌面,、移動及數(shù)字電視等領(lǐng)域,。目前在智能手機GPU領(lǐng)域,Imagination擁有37%的市場份額,,同時是汽車行業(yè)最大的GPU供應(yīng)商,,市場份額高達(dá)45%,使用Imagination GPU IP的汽車芯片出貨量已超過2.5億顆,。
能夠看到,,Imagination在移動和汽車等主要的戰(zhàn)略細(xì)分市場上實現(xiàn)了廣泛增長的同時,在數(shù)據(jù)中心和桌面等新晉領(lǐng)域,Imagination的高性能 A系列和 B系列 GPU產(chǎn)品已表現(xiàn)出了巨大的吸引力,,并通過這些細(xì)分市場的客戶實現(xiàn)了顯著的收入增長,。再結(jié)合本次IMG CXT的發(fā)布,Imagination在研發(fā)上不斷投入以保持快速的技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品上市步伐,,持續(xù)的滿足和引領(lǐng)市場及客戶需求,,也是其實現(xiàn)快速增長的重要原因。
強勁的業(yè)績表現(xiàn)背后,,除了領(lǐng)先的技術(shù)水平和專注于正確的細(xì)分領(lǐng)域外,,對中國市場的持續(xù)優(yōu)化和布局也是其取得快速增長的關(guān)鍵所在。Imagination中國區(qū)董事長白農(nóng)強調(diào):“公司非常注重打造產(chǎn)業(yè)生態(tài),,在中國,,Imagination除了和展銳、芯馳科技,、賽昉等半導(dǎo)體企業(yè)合作外,,還和騰訊(包括騰訊游戲和騰訊WeTest質(zhì)量團(tuán)隊)、百度(百度飛槳PaddlePaddle),、完美世界游戲等平臺,、應(yīng)用廠商展開合作?!?/p>
此外,,Imagination還和Linux基金會合作共同推動中國客戶實現(xiàn)桌面和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用;面對增長越來越快的算力需求,,成立科學(xué)實驗室(IMG Labs),,在架構(gòu)、工藝和算力方面持續(xù)進(jìn)行研究,;與北京大學(xué),、浙江大學(xué)等知名高校在課程、教學(xué)資源和教師培訓(xùn)方面進(jìn)行支持與合作,,實現(xiàn)了生態(tài)的進(jìn)一步擴展和創(chuàng)新,。
白農(nóng)表示,中國市場對Imagination整體的貢獻(xiàn)將會超過1/3,,且業(yè)務(wù)增速更是在公司整體平均值之上,。接下來,Imagination還將繼續(xù)加大在中國市場的投入和資源,,從以銷售為主導(dǎo)轉(zhuǎn)向以市場為主導(dǎo),,積極主動去做市場布局,深入了解市場需求,,與客戶建立更戰(zhàn)略性的合作關(guān)系,。同時在產(chǎn)品路線圖規(guī)劃上,,Imagination也會加大在業(yè)務(wù)和資源支持方面的創(chuàng)新和投入力度,繼續(xù)將重點放在上述領(lǐng)域,,以及當(dāng)前進(jìn)行了產(chǎn)品授權(quán)的其他領(lǐng)域,,如數(shù)字電視和可穿戴設(shè)備等。除了目前的GPU,、AI和連接IP之外,,還將推出新的IP,例如針對上述細(xì)分市場的RISC-V處理器,。進(jìn)一步滿足對結(jié)合GPU,、CPU和AI處理器的異構(gòu)解決方案的需求。
Imagination將持續(xù)重點關(guān)注中國市場的趨勢變化和行業(yè)走向,,在不斷積累,、優(yōu)化已有市場的布局之外,未來,,Imagination很可能進(jìn)入中國的其他新領(lǐng)域,,如工業(yè)或醫(yī)療健康領(lǐng)域等,以技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品優(yōu)勢推動多行業(yè)不斷向前邁進(jìn),。
寫在最后
與其他系列GPU產(chǎn)品規(guī)劃類似,,IMG CXT GPU只是當(dāng)前Imagination技術(shù)創(chuàng)新的一部分,接下來還會有更多令人期待的C系列產(chǎn)品推出,,在產(chǎn)品迭代和技術(shù)演進(jìn)的過程中尋找更廣闊的發(fā)展機遇,。生態(tài)方面,Imagination還將不斷拓展,,致力于打造從IP供應(yīng)商到芯片廠商,,再到平臺、終端設(shè)備和應(yīng)用廠商聯(lián)系在一起的全產(chǎn)業(yè)生態(tài),。
在多年的行業(yè)經(jīng)驗與市場沉浮中,Imagination深諳以技術(shù)創(chuàng)新為核心驅(qū)動,,持續(xù)完善生態(tài)布局,,提升競爭實力,助力客戶實現(xiàn)GPU新格局,。