拒绝忽悠 移动GPU全解读.doc

拒绝忽悠 移动GPU全解读 本文将从移动GPU的结构、参数、兼容性、跑分几方面让读者全方位对移动GPU有一定的概念。 前言 现在移动设备的“核战”越来越激烈，已经从CPU引发到了GPU上，于是“16核”、“8管线”、“MP4”、“三角形生成率”和“填充率”等各种 吸引眼球的宣传铺天盖地而来。一直很希望能有些文章来介绍科普下，但或许是专业人士都觉得这些太基础，最后忍不住，只能由我这个半桶水的非专业人士来写点 啥了。本文参考和引用了网上的一些资料，篇幅有限恕不一一列举。内容尽可能的科普浅显，但限于个人的知识层次、理解能力和表达能力，如果有不确切或者错误 的地方，还请多多指正。 基本的3D流水线 首先我们来简单的介绍下3D的画面是如何生成的，一个基本的3D流水线如下图所示： 首先，运行在CPU上游戏引擎根据游戏中的一些参数，产生一系列的图元，将它们的顶点数据发送给GPU。 第二步，顶点处理器（Vertex Processor）对顶点数据进行一系列的变换和光照处理。简单的想想，游戏中的各个物体的坐标都是参照游戏 中的世界坐标系的，而实际显示的画面是玩家视角或者摄像机视角，这中间就有许多坐标系的转换。这些活就需要顶点处理器来做，最终我们得到了我们所需要视角 的画面。 但是，到这一步，画面还只是一些多边形，而实际显示在屏幕上的是一个个像素，这里就需要Rasterizer进行光栅化（Rasterization，3），从而将画面变成一个像素图。 第四步，对这些像素进行上色，Fragment Processor中的像素着色器（Pixel Shader）按照程序规定的算法，计算出画面中 每个像素的颜色，之后第五步就是把结果输出到内存中，全部完成后拿去显示。当然在这整个过程中，还跟纹理贴图6有关系。所谓贴图就是把纹理（一个二维的静 态图片）按照一定的算法给贴到游戏里的三角形表面上去。 参数，究竟靠不靠谱？ 终端厂商在宣传他们手机芯片的GPU如何强劲时，往往会提到一些参数，最常见的就是三角形生成率和填充率。但实际上，不同公司的GPU，他们的这些理论参数，并不具有直接的可比性。我 们也可以发现，有些GPU可能给出的理论参数很高，但实际表现却很一般，甚至不如一些参数低的GPU。这是因为，各个GPU的供应商，比如 IMGtec（PowerVR SGX），高通（Adreno），Vivante（GC系列），ARM（Mali），nVIDIA（GeForce），他 们给出这些理论数据的测试方式，可能不太一样。 比如三角形生成率，本身就受到很多测试因素的影响。例如，有些三角形在一开始就会被剔除掉（比如在屏幕外，或者太小了根本覆盖不到一个像素），不会 被显示也不会需要执行太多的运算，那么这部分三角形到底应该算吗？如果算进去的话，三角形生成率自然就高了。或者，测试程序把一些已经计算好的坐标提交给 GPU，那么GPU的Vertex Shader就不需要进行复杂的计算，数值自然就高了。再或者，并非生成一个三角形就一定需要处理三个顶点。如果有三 角形共享顶点，用indexed的办法绘制，顶点的数目就可以减少。就像下图，2个三角形只需要处理4个顶点。如果测试的时候大量使用这种方式，也可以提 高三角形生成率的数值。 同样，填充率反映了GPU的像素输出能力。但是厂家给出的理论值，很多都是没有贴图，没有Shader计算，仅仅是生成无色点的能力，跟实际使用的 情况有较大的差距。又比如Imagination Technologies 的PowerVR SGX系列给出的填充率，并不是实际值，而是实际值乘以 了一个2.5x的系数。这是由于PVR GPU架构的特殊性，可以剔除画面中被遮蔽的部分，不作渲染，减少了无用功。200MHz的SGX540，原生的 填充率是400M，而由于这种技术的存在，IMG认为其等效填充率相当于1000M。在实际的场景中，如果遮蔽的部分较多，这个系数可能远超过2.5x。 当然，如果场景中遮蔽较少，这个系数相应的也会变小。 事实上三角形生成率和像素填充率作为衡量GPU性能的参数，在PC平台上，几年前就已经被淘汰了。由于从DX8开始，现代GPU都已经由可编程的Shader来代替固定功能的单元实现各种特效，所以Shader的计算能力成为很重要的一点，在移动平台也是一样的。 移动平台的特点和移动GPU的架构 不过呢，移动平台相比于PC平台，还是有很多不同的。从本质上看，是由功耗和体积两方 面限制的，对于图形处理来说，主要是两点： 第一，是有限的带宽。实际上，要增加计算能力，在功耗允许的情况下，堆核心并不是一件难事，事实上我们也看到了不少SOC集成了四核乃至“16 核”GPU。但是难点在于，需要有足够的带宽去满足这颗强大的GPU，避免其出现“饿死”的情况。在左