從移動到桌面全棧式GPU Imagination對云游戲支持的探索

日前，由阿里元境舉辦的Uwin元宇宙與“云游戲+”論壇在杭州成功舉辦。論壇上，來自元宇宙及云游戲生態(tài)鏈中各領(lǐng)域的嘉賓展開了一系列的探討，Imagination中國區(qū)產(chǎn)品管理總監(jiān)王曉欣分享了《Imagination從移動到桌面全棧式GPU對云游戲支持的探索》的主題演講，從半導體 IP 供應商的角度介紹了 Imagination 對云游戲的理解及其創(chuàng)新與探索。

Imagination 中國區(qū)產(chǎn)品管理總監(jiān)王曉欣

Imagination 是做什么的？

盡管大眾可能對Imagination 并不熟悉，但搭載Imagination IP 技術(shù)的設備早已出現(xiàn)在各個領(lǐng)域，從移動手機、電視機頂盒、再到車載顯示等，尤其是汽車和移動領(lǐng)域，其GPU 市場占有率一直領(lǐng)先，“目前使用 Imagination IP 的累計芯片出貨量超過 110 億顆”，Imagination中國區(qū)產(chǎn)品管理總監(jiān)王曉欣介紹到。

從產(chǎn)品線來看，Imagination涵蓋 GPU、CPU 和AI 三大 IP 產(chǎn)品，主要面向移動、消費類、汽車、數(shù)據(jù)中心等應用市場。王曉欣特別提到，公司成立三十多年來，打造了不少引領(lǐng)行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，例如“1996年發(fā)布的分塊延遲渲染技術(shù)，在要求高效率、低功耗的移動領(lǐng)域，它能大幅提高渲染效率，降低功耗。2021年發(fā)布了面向移動端的硬件級光線追蹤技術(shù)，將極大提高移動端游戲質(zhì)量”。

云游戲的四大技術(shù)支撐

在Imagination 看來，元宇宙是一個共享的3D 虛擬世界，具有互動性、沉浸性和協(xié)作性，王曉欣表示，“云游戲是元宇宙一個很好的切入點, 元宇宙和云游戲?qū)㈩嵏才c游戲玩家和非玩家接觸的既有模式，為游戲平臺賦予了社交和商業(yè)屬性，使游戲成為了新的模擬平臺，蘊含著巨大的新機遇?！?/p>

云游戲的實現(xiàn)則需要GPU、虛擬化技術(shù)、5G/邊緣計算、AI 等四大技術(shù)的支撐。王曉欣介紹到，“首先 GPU為云游戲提供算力基礎(chǔ)，這分為兩部分：一是在服務器端，對整個云游戲場景進行渲染，支持不同規(guī)模的游戲用戶；二是在終端特別是手機端，如何使游戲畫面效果栩栩如生，如何通過游戲渲染增強頭戴設備的沉浸感，甚至是解決眩暈的問題等?！?/p>

其次是虛擬化技術(shù)。“云游戲的重點是'云'，即指多用戶，多用戶隔離及多用戶間的數(shù)據(jù)安全”要通過虛擬化技術(shù)實現(xiàn)。5G/邊緣計算則能提供高帶寬、低延遲，是云游戲部署實施的關(guān)鍵驅(qū)動力。同時，如何將 AI 技術(shù)與 GPU 渲染技術(shù)融合，將極大推動云游戲的發(fā)展。這也是Imagination 重點關(guān)注的方向。

不過，云游戲面臨著計算方面的挑戰(zhàn)。隨著大規(guī)模服務器的部署，通過堆積傳統(tǒng)游戲顯卡來提升算力，顯然并不可行。另外，傳統(tǒng)游戲顯卡對電源功率和風扇要求極高，發(fā)熱量過大。而Imagination 長期以來專注于移動領(lǐng)域，在PPA（功耗、性能、面積）上具有獨特的優(yōu)勢，可將現(xiàn)有的GPU 技術(shù)應用到云游戲領(lǐng)域。

面向云游戲的Imagination 解決方案

現(xiàn)場，王曉欣也分別介紹了Imagination 當前面向云游戲的解決方案。高效與高視覺品質(zhì)交融的多核GPU

首先他表示，ImaginationGPU IP 專注于渲染，專注于用最小的芯片面積，最優(yōu)的性能，最小的功耗實現(xiàn)最好的渲染效果?，F(xiàn)場他也展示了Imagination 近些年推出的GPU 產(chǎn)品，包含 IMG A 系列、IMG B 系列多核 GPU、IMGC 系列、IMG DXT 系列等，針對不同的應用市場可提供不同的算力需求。

在移動端的實時硬件光追技術(shù)

會議中王曉欣著重介紹了光線追蹤技術(shù)。Imagination在光追方面已經(jīng)有10年的歷史了。早在2014年就落地了專門加速光追的模塊并制作了演示demo, 不過當時的圖形API的標準還沒有關(guān)于光線追蹤的內(nèi)容，包括相關(guān)的開發(fā)工具軟件、游戲引擎等也沒有光線追蹤的功能。到2021年我們推出了IMG CXT GPU， 這是全球第一款把實時硬件光線追蹤技術(shù)引入到移動端的GPU IP。

我們看到并非所有形式的光線追蹤支持都是相同的。實際上，任何具有計算能力的GPU都可以執(zhí)行光線追蹤，但它們之間的區(qū)別在于可以執(zhí)行光線追蹤的效率和可以達到的性能水平。因此，Imagination引入了光線追蹤等級系統(tǒng)（RTLS）的概念，以突出各種等級光線追蹤的效率。

其中第一級光線追蹤技術(shù)通過軟件實現(xiàn)，CPU占用資源較高。第二級光線追蹤技術(shù)是利用硬件處理光和或者三角形碰撞，從而節(jié)省了CPU資源，目前典型的桌面顯卡都是采用了這項技術(shù)。第三級光線追蹤技術(shù)開始，就需要支持BVH回溯。BVH是bounding volume hierarchy，這是一種用來管理3D場景中物體的方法。這部分是目前渲染器中最困難的部分，但是可以是渲染器更加高效。第四級光線追蹤技術(shù)除了光和自動測試的回溯之外，還需要相同光線上的光數(shù)統(tǒng)一計算，用統(tǒng)一的指令運行。而第五級技術(shù)則需要支持BVH builder，目前作為公司的儲備技術(shù)。

Imagination目前最新的DXT系列GPU提供的是第4級別的硬件級光線追蹤，且是可擴展的高級光線追蹤技術(shù)。DXT通過引入片段著色率 (FSR) 功能和增強的后處理技術(shù)來提高效率，同時布局的變化為光線追蹤提供可擴展性和靈活性。這款GPU可以從節(jié)省面積的0.5RAC（光線加速集群）配置擴展到高性能的4 RAC設計，涵蓋從混合實現(xiàn)方案中的簡單陰影到3A大作中的高級光追畫面等各類應用。

HyperLane GPU虛擬化技術(shù)

最后王曉欣介紹了ImaginationHyperLane GPU虛擬化技術(shù)。實際上大部分的云游戲玩家既玩3A 游戲大作，也玩輕松的休閑游戲，為了保證玩家時刻都有較好的云游戲體驗，每一個ImaginationGPU 核包含八條 HyperLane 通道，使游戲負荷得以高效平衡，以支持多位用戶。同時，HyperLane 提供用戶隔離和數(shù)據(jù)安全，多個操作系統(tǒng)或多個應用共享同一顆GPU。

在軟件方面，Imgination還支持廣泛的 CPU、自動操作系統(tǒng)、API 和高級圖形功能。此外，Imagination 也在積極地拓展中國游戲生態(tài)，包括與 oppo、vivo、小米、unity、騰訊游戲、網(wǎng)易游戲、米哈游等手機廠商、游戲公司和引擎公司合作，不斷測試優(yōu)化游戲內(nèi)容，為玩家提供優(yōu)質(zhì)的游戲體驗。Imagination希望通過底層技術(shù)，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)各合作伙伴一起推動云游戲的發(fā)展。