加速移動端硬件光追普及，Imagination推出IMG DXT

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）2022年，智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)一個顯著的變化是，主流的安卓手機(jī)處理器廠商都在自家的旗艦芯片上提供硬件光追技術(shù)，以求帶來更好的移動端游戲體驗。與此同時，在VR場景中，為了更好地實現(xiàn)3D場景中的沉浸式體驗，硬件光追技術(shù)也在快速更新迭代。

不過，在Imagination建立的光線追蹤等級系統(tǒng)（RTLS）中，這些面向移動端的硬件光追方案，大都處于level 2到level 3.5級別之間，且由于功耗、計算資源等方面的限制，僅僅在旗艦級SoC方案上提供。為了進(jìn)一步提升硬件光追在移動端設(shè)備里的普惠性，Imagination于1月11日正式宣布推出D系列的首款產(chǎn)品——IMG DXT。

硬件光追為移動端帶來極致體驗

在PC和游戲主機(jī)等設(shè)備上，光線追蹤目前是大熱的技術(shù)，是運(yùn)行大型AAA級游戲必備的技術(shù)，在陰影、景深、運(yùn)動模糊、間接照明等方面帶來巨大的提升，使得游戲場景更加貼近于人眼所看到的真實的光線效果。因此，游戲玩家對光線追蹤技術(shù)愛不釋手。

當(dāng)前，游戲玩家正在從傳統(tǒng)PC/主機(jī)向移動端遷移。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計媒體GamesIndustry.biz的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年全球游戲產(chǎn)業(yè)總值達(dá)1749億美元，其中移動端貢獻(xiàn)了863億美元，占比達(dá)到49%。在中國市場，根據(jù)弗若斯特沙利文的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年中國手機(jī)游戲市場規(guī)模為2639億元，在整體網(wǎng)絡(luò)游戲市場中的貢獻(xiàn)比高達(dá)83.75%。

不僅玩家數(shù)量和市場規(guī)模逐漸提升，并且移動端游戲體量也在爆發(fā)性增長。根據(jù)《中國移動游戲行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》，當(dāng)前APRG/MMORPG(角色扮演類)、MOBA(多人在線戰(zhàn)術(shù)競技類)與射擊類三大類游戲匯集了絕大多數(shù)的移動端游戲玩家。而這些游戲的體量都比較大，場景也更為復(fù)雜。

Imagination中國區(qū)技術(shù)總監(jiān)艾克表示，手機(jī)游戲有三個值得關(guān)注的趨勢：其一是玩家更加強(qiáng)調(diào)沉浸式的游戲體驗，玩家在游戲中的關(guān)注點更加細(xì)膩；其二是玩家希望有更高的游戲性能體驗，尤其是在AAA級大型游戲里；其三是游戲時長變得更長，對手機(jī)續(xù)航提出了更高的挑戰(zhàn)。

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大型游戲在移動端已經(jīng)逐漸成為主流，并且玩家對游戲場景的要求也越來越挑剔。國游戲研究機(jī)構(gòu)EEDAR此前在市場調(diào)研報告中指出，圖像和玩法、市場、社交、劇情是游戲玩家評判一款游戲的前五大要素。這便是硬件光追在移動端風(fēng)起的大背景。通過硬件光追技術(shù)，游戲開發(fā)者能夠?qū)崿F(xiàn)更純粹的游戲特效，玩家在游戲中能夠接收到更多的視覺要素，尤其是在軟陰影、鏡面反射與折射方面，進(jìn)一步提升游戲的沉浸式體驗。

下圖是Imagination分享的一份硬件光追效果圖。能夠看到，當(dāng)硬件光追開啟后，游戲畫面中呈現(xiàn)出更多的場景元素，場景中不同物體相對應(yīng)鏡面反射的角度和位置更加符合人眼的真實視覺。并且，通過對環(huán)境光的遮蔽處理，能夠在物體陰影中看到更多的細(xì)節(jié)，讓畫面更加細(xì)膩。通過這些效果增強(qiáng)，很明顯能夠感受到，擁有硬件光追加持的游戲效果更加立體逼真，層次感更強(qiáng)。

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實際上，在主流廠商推廣硬件光追之前，也有部分廠商嘗試使用軟件算法去實現(xiàn)光追渲染，這實際上就是Imagination定義的level 1級的光追技術(shù)。這種方式對于處理器的算力資源以及設(shè)備能量有巨大的消耗，在移動端難以推廣開來。

當(dāng)然，目前市面上的硬件光追技術(shù)也有一些亟待解決的挑戰(zhàn)存在。比如現(xiàn)階段的方案追求頂級的游戲效果呈現(xiàn)，無法做到可配置，這樣主流機(jī)型和高端機(jī)型很難能用上相應(yīng)的技術(shù)，對于光線追蹤技術(shù)在移動端的普及有很大的掣肘；另外，目前移動端的硬件光追依然對設(shè)備續(xù)航有較為明顯的影響，影響用戶的體驗；當(dāng)然還有第三點，那就是生態(tài)問題，目前支持光追的移動端游戲數(shù)量還比較有限，主要就是主流的一些游戲。

因此可以說，從市場體量、趨勢和效果來看，硬件光追在移動端的未來前景是非常明朗的。不過，在移動端硬件光追普及的早期階段，還是面臨著這樣和那樣的挑戰(zhàn)，那么Imagination的IMG DXT是否能夠讓這些問題迎刃而解呢？

性能領(lǐng)先且可配置的IMG DXT

根據(jù)艾克的介紹，作為Imagination D系列的首款產(chǎn)品，IMG DXT屬于level 4級別的硬件光追技術(shù)。除了提供BVH數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以外，IMG DXT還擁有相同光線上光數(shù)統(tǒng)一計算的能力，通過統(tǒng)一的指令運(yùn)行，IMG DXT在保障高性能的同時，還能夠降低功耗，并提供靈活的配置選項。



為了提升IMG DXT的性能表現(xiàn)，Imagination在這款GPU IP中增加了很多創(chuàng)新技術(shù)。首先當(dāng)然要提一下IMG DXT背后的Photon架構(gòu)。作為業(yè)界第一個且是目前唯一達(dá)到level 4等級光線追蹤的架構(gòu)，Photon架構(gòu)也是首個對移動端進(jìn)行優(yōu)化的架構(gòu)，使得移動端的光追效果達(dá)到了桌面級的質(zhì)量，對追蹤陰影、反射、全局照明和環(huán)境光遮蔽等功能進(jìn)行了全面的優(yōu)化，并能夠幫助移動端設(shè)備實現(xiàn)高幀率運(yùn)行。

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其次是在IMG DXT的紋理處理單元（TPU）內(nèi)置一個已獲得專利的創(chuàng)新特殊模式，可應(yīng)用于游戲后處理階段。對于那些需要額外處理和降噪等操作的畫面，這個創(chuàng)新特殊模式可以僅增加很小面積，最大化降低面積增長和功耗，同時提供雙線性濾波性能翻倍的效果。“相當(dāng)于1個指令能夠提供double的效果，提升了后處理的吞吐量，有助于實現(xiàn)更好、更低功耗的降噪算法，提升光線追蹤的處理效果。”艾克講到。

第三點是IMG DXT搭載了全新的著色器處理單元（SPU）。憑借全新三重通用著色器集群（USC）設(shè)計（3個ALU/TPU單元），DXT GPU將每個SPU的高端計算和紋理（ALU/TPU）性能提升50%以上，而以前的架構(gòu)只側(cè)重于雙USC設(shè)計（2個ALU/TPU單元）。

第四點是IMG DXT使用了遵循RISC-V指令集的固件處理器，可以實現(xiàn)40%的固件性能改善。艾克在此補(bǔ)充道：“這顆RISC-V固件處理器已經(jīng)在汽車系列產(chǎn)品中完成了芯片級驗證。”

第五點是IMG DXT引入了硬件HDR功能，通過標(biāo)準(zhǔn)API支持，能夠讓畫面的亮度、對比度更加真實。

最后還要提一下Imagination為IMG DXT提供的全面、領(lǐng)先且高效的開發(fā)工具包支持，包括PowerVR SDK和Khronos ASTC HDR等。

為了在提供高性能的同時進(jìn)一步降低硬件光追的功耗，Imagination將光追技術(shù)和FSR（fragment shading rate，片段著色率）技術(shù)進(jìn)行融合，在幾乎不降低圖像質(zhì)量的前提下減少片段著色器運(yùn)行次數(shù)。艾克介紹稱，F(xiàn)SR技術(shù)可以以“1×1”、“2×1”、“2×2”和“4×4”四種方式運(yùn)行，如果是“4×4”的方式，就是傳統(tǒng)的16模塊作為一個大塊運(yùn)行一次，能夠帶來93.75%的片段運(yùn)算能力節(jié)省，因此可以節(jié)省大量的運(yùn)算資源，能夠讓GPU處于休眠狀態(tài)，或者為后續(xù)的畫面提供更精致的運(yùn)算。

在此，他用一個畫面舉例稱，當(dāng)FSR技術(shù)沒有開啟時，示例畫面每幀需要6.9MRays的運(yùn)算算力，開啟之后，相同的畫面只需要3.2MRays。配合Imagination提供的可擴(kuò)展的RAC（光線加速集群），實際上只需要更小的RAC就能夠?qū)崿F(xiàn)相同場景下的光追效果，用更低成本和低功耗的方式為用戶帶來極致的沉浸式體驗。

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是的，為了提高移動端硬件光追配置的靈活性，Imagination在IMG DXT提供了多種可選的配置方案，從節(jié)省面積的0.5 RAC設(shè)計到高性能的4 RAC設(shè)計。如下圖所示，即便是0.5 RAC設(shè)計，也能夠提供216MRay/s的光數(shù)運(yùn)算能力和8GBoxText/s的光合檢測能力；如果是4 RAC設(shè)計，則能夠提供1.7GRay/s的光數(shù)運(yùn)算能力和64GBoxText/s的光合檢測能力。豐富的配置能夠覆蓋從簡單陰影到AAA級游戲高級光追畫面的多應(yīng)用覆蓋。

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此次發(fā)布會，Imagination帶來了IMG DXT系列下的三款產(chǎn)品。其中IMG DXT-8-256面向主流移動設(shè)備市場，主打單位面積性能，提供8GTexels/s和256GFLOP FP32算力；IMG DXT-48-1536面向高端移動設(shè)備市場，主打高性能，提供48GTexels/s和1.5TFLOP FP32算力；IMG DXT-72-2304面向旗艦級移動設(shè)備市場，主打極致性能和設(shè)備整體表現(xiàn)，提供72 GTexels/s和2.5 TFLOP FP32算力。

Imagination首席營銷官David Harold和Imagination產(chǎn)品管理總監(jiān)Stephen Barton共同表示，“在移動端推廣光線追蹤需要生態(tài)的支持，Imagination很早就開始啟動移動端硬件光追生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)和儲備，包括推出配套的光追開發(fā)工具，參加行業(yè)主流的游戲開發(fā)者大會，以及合作全球知名的游戲、智能手機(jī)、VR設(shè)備廠商等?！?/p>

寫在最后

Imagination一直在引領(lǐng)移動端硬件光追技術(shù)的發(fā)展，并持續(xù)推出領(lǐng)先行業(yè)的硬件光追技術(shù)。2022年，我們看到移動端積極擁抱硬件光追技術(shù)，但這些方案幾乎全是旗艦級的，而移動端游戲的發(fā)展是全民化的，面向不同的用戶階層。IMG DXT方案的出現(xiàn)填補(bǔ)了市場的空缺，讓移動端硬件光追技術(shù)更加普惠。