GPU處理的領(lǐng)域:Arm全新推出的視頻處理器Mali-V52

尖端技術(shù)領(lǐng)域永遠(yuǎn)不存在一成不變的情況。復(fù)雜的視覺內(nèi)容、不斷疊加的UI層次以及4K HDR視頻等新興需求層出不窮，無一不在推動著我們不斷突破主流移動設(shè)備的技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)更高遠(yuǎn)的目標(biāo)。正因如此，針對數(shù)字電視（DTV）和主流移動市場，Arm推出了包含兩款圖像處理器在內(nèi)的全新Mali多媒體套件，其中一款為顯示處理器，另一款為視頻處理器。

圖形復(fù)雜性主要是GPU處理的領(lǐng)域，而在應(yīng)對上述新興技術(shù)的挑戰(zhàn)時，則是視頻和顯示處理器扮演著重要角色，它們?yōu)橛脩籼峁┱嬲咂焚|(zhì)的視覺體驗。

對顯示的要求越來越高，如何破？

之前，我們在討論GPU時對數(shù)字電視已有所談及，但從顯示的角度來看，如今的幾代智能電視已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期。過去，當(dāng)我們在觀看節(jié)目時，彈出的純文本菜單很可能覆蓋整個畫面，非常單一。而今天則大不相同，通過大量的預(yù)集成應(yīng)用程序，數(shù)字電視能夠提供不同類型、不同復(fù)雜程度和不同查看選項的內(nèi)容，更不必說語音或手勢識別用戶界面。如此一來，對顯示處理器的挑戰(zhàn)變得非常巨大。加之用戶對畫中畫的需求，甚至還有我們從中國市場上觀察到的獨特需求，比如用戶希望能夠在4x4的視頻墻中同時看到多達(dá)16個視頻流。這些需求推動Arm再一次邁上新的臺階。

Mali-D51是Arm針對主流市場發(fā)布的首款基于Komeda架構(gòu)設(shè)計的Mali顯示處理器，而Komeda架構(gòu)則在去年隨上一代高端顯示處理器Mali-D71共同發(fā)布。

與Mali-D71相比，Mali-D51尺寸縮小30%，專為在更小的硅片面積上提供高品質(zhì)的視覺體驗而設(shè)計。在主流移動設(shè)備中，用戶不太可能需要播放大量4K內(nèi)容（這依舊屬于高端效能領(lǐng)域），但用戶仍然需要設(shè)備擁有播放4K內(nèi)容的能力。因此在主流市場中，我們所需要做的就是如何做出明智的選擇，其中可能包括從4K縮小視頻流大小，以滿足用戶顯示對分辨率的要求。Mali-D51利用這一優(yōu)勢，以60fps顯示高達(dá)2048x4096像素的分辨率并且支持Mali-D71的8層數(shù)據(jù)處理能力。

與上一代主流產(chǎn)品Mali-DP650執(zhí)行雙重顯示相比，Mali-D51在相同面積內(nèi)實現(xiàn)了兩倍的場景復(fù)雜度。當(dāng)驅(qū)動單個顯示時，它利用輔助顯示未充分利用的資源向場景添加第二組四個合成層。除此之外，這些合成層還可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、阿爾法混合或縮放，從而實現(xiàn)了兩倍于Mali-DP650的圖層數(shù)據(jù)處理能力，這意味著我們可以在不需要GPU的情況下支持UI疊加、畫中畫等所需的所有附加數(shù)據(jù)。

訪問內(nèi)存是顯示技術(shù)中的一項常規(guī)要求。因此，與上一代產(chǎn)品相比，Mali-D51在內(nèi)存延遲性能方面提升了一倍。搭配CoreLink MMU-600，Mali-D51可在整個系統(tǒng)中實現(xiàn)更大的性能增益。為將像素持續(xù)驅(qū)動至顯示面板，處理器需要定期訪問系統(tǒng)總線，而將處理器的內(nèi)存延遲性能提升一倍意味著它只需在總線上花費一半的時間就可以將圖像驅(qū)動至面板。此舉加速了整個顯示線程，并大大提高了系統(tǒng)的魯棒性，以防止欠載運行，從而提供無縫、實時性能，避免因任何可見故障或人為因素影響用戶的視覺體驗。

增值視頻體驗，還有Mali-V52

Arm全新推出的視頻處理器Mali-V52同樣是為滿足主流市場不斷增長的需求而設(shè)計的。上一代Mali-V61旨在實現(xiàn)最大限度的可擴(kuò)展性，滿足從最小型、最低功耗的監(jiān)控攝像頭到最新款頂級智能手機(jī)的所有設(shè)備要求。相對于上一代支持大范圍用例的特性，Mali-V52則更有針對性，專為主流市場的特定效率加成進(jìn)行了投入。

Mali-V52的可擴(kuò)展性為1-4核（Mali-V61為1-8核），這是特別針對在硅片面積有限的主流設(shè)備上播放4K內(nèi)容流的情況而設(shè)計的，因此比同等性能所需的Mali-V61的尺寸縮小了近40％。顯然，這樣可以為廠商節(jié)省巨大的預(yù)算。需要強(qiáng)調(diào)的是，像Mali-D51一樣，這款全新視頻處理器通過一系列智能權(quán)衡實現(xiàn)了極大優(yōu)化，為我們的所有合作伙伴提供了廣闊的組合和選擇。對于入門級設(shè)備而言，我們已經(jīng)將每個內(nèi)核的解碼性能提高了一倍，這意味著在同等的硅片面積內(nèi)，芯片可以執(zhí)行4k60解碼或4k30編碼。使用Mali-V61的一個單核，系統(tǒng)可以解碼1080p60；而Mali-V52的一個單核可支持4k30或1080p120解碼，對于HEVC、H.264和VP9等主流的視頻標(biāo)準(zhǔn)，該單核的解碼設(shè)計性能為上一代的兩倍。

Mali-V52的設(shè)計旨在確保整體系統(tǒng)的成本和功耗最優(yōu)化。比如，它能夠支持更長的系統(tǒng)總線響應(yīng)時間而不降低任何性能。搭載Mali-V52，可保證在總線上固定延遲的400個周期內(nèi)不丟幀，這一性能是Mali-V61的兩倍。此外，我們投入了大量的精力來確保該芯片在最高可達(dá)5000個周期內(nèi)的訪存延遲具有恢復(fù)能力，從而使視頻處理器能夠在很多個時鐘周期內(nèi)脫機(jī)工作，讓位給包含顯示處理器在內(nèi)的優(yōu)先級更高的主設(shè)備。

Mali-V52還可以在保持與以往相同品質(zhì)的前提下降低20％的比特率，這對節(jié)省存儲空間作用顯著，并能在相同帶寬內(nèi)實現(xiàn)最高品質(zhì)。當(dāng)我們?yōu)閿U(kuò)大設(shè)備存儲空間支付更多費用時，這一性能提升對終端用戶使用視頻功能會產(chǎn)生重大影響。用戶可以選擇特定的品質(zhì)水平，并根據(jù)存儲和功耗的優(yōu)先級進(jìn)行權(quán)衡，這正解釋了為什么在移動設(shè)備中搭載專用的視頻處理器格外重要，而不是讓已經(jīng)超負(fù)荷運行的CPU完成所有任務(wù)。

如同許多新興技術(shù)一樣，一項在中國市場的推動下實現(xiàn)的用例：僅僅提供簡單的畫中畫已無法滿足用戶的需求，他們希望能夠預(yù)覽將要觀看的節(jié)目，而中國用戶更是希望能夠從多達(dá)16個不斷更新的流媒體頻道中選擇想看的節(jié)目。這種希望呈現(xiàn)4x4視頻墻的要求來自眾多我們在中國的機(jī)頂盒和數(shù)字電視合作伙伴，并且已經(jīng)明確成為未來的基本要求，而非錦上添花的功能，我們必須開發(fā)出系列IP來解決這一問題。

由此，單個處理器將退居二線，而全套Mali多媒體套件將開始登場。

協(xié)同讓世界更美好

相比獨立產(chǎn)品，組合兩個及以上Mali多媒體套件處理器可顯著提高工作效率。Arm支持完整的軟件堆棧，以便在顯示上啟用硬件編寫器功能，從而允許安卓系統(tǒng)查看系統(tǒng)的硬件功能，并推斷它可以將內(nèi)容發(fā)送至顯示處理器而非GPU——該堆棧能夠發(fā)現(xiàn)硬件并通過軟件自動與其進(jìn)行交互，工程師甚至都無需考慮硬件。

至于上述討論的視頻墻用例，Mali-V52可以同時對16個高清視頻進(jìn)行解碼，同時將它們作為單幀寫入顯示處理器。憑借卓越的存儲接口，Mali-D51能夠?qū)⒃搯螏崛〕鰜聿⒅苯影l(fā)送到面板，而不會出現(xiàn)任何額外的瓶頸或卡頓。

對于整個系統(tǒng)，Mali多媒體套件處理器帶來的實際增益在于大大節(jié)省了GPU的負(fù)荷。如果要在GPU上執(zhí)行旋轉(zhuǎn)、縮放以及伽瑪校正等任務(wù)，系統(tǒng)功耗將增加30％以上，這是約束移動設(shè)備的一個重大問題。雖然這并不妨礙用戶欣賞4K內(nèi)容，但Mali多媒體IP套件的優(yōu)越之處在于全新的視頻處理器Mali-V52可以在發(fā)送到顯示處理器之前直接將4K內(nèi)容縮小。這意味著用戶可以在所有消費電子設(shè)備上直接觀看那些由Netflix、亞馬遜等發(fā)行的全新超酷4K節(jié)目。不僅僅是4K，Mali-V52支持10bit HDR內(nèi)容，并且通過與Mali-D51和Assertive Display 5完美配合，在任何類型的面板（無論是HDR還是SDR）上均可實現(xiàn)最佳的內(nèi)容顯示。

從數(shù)字電視到智能手機(jī)，無論用戶預(yù)算多少，Mali多媒體圖形、視頻和顯示套件都能夠更好地協(xié)同工作，為用戶提供最高品質(zhì)的視覺體驗。