移动GPU那些事

2013-08-29 22:50:45来源: 微型计算机 关键字:移动  GPU
    移动计算时代大潮袭来,手持设备的应用范围也被大大拓宽。从早期手机只能打电话、发短信、看图片,到今天手机能够看高清视频、玩3D游戏,拥有各种酷炫的操作界面,除了SOC芯片中CPU部分的进步外,其GPU部分也非常重要。和PC相同的是,移动SOC的CPU和GPU两个部分也可以互相搭配、替换,很多厂商往往会给相同的CPU核心搭配不同的GPU以区分SOC芯片的档次;和PC不同的是,目前移动计算的GPU厂商很多,除了人们熟知的高通、ARM外,还有NVIDIA、Imagination Technologies等厂商参与其中。那么各个厂商的移动GPU都有哪些特色和主流型号呢?今天本文就和大家一起来梳理这些问题。

Imagination PowerVR—授权巨头

发展历史:
Imagination Technologies(下简称IT)这个公司说起来很有特色:要说历史久远,当年IT的产品可是和Voodoo一争高下,后来在与ATI和NVIDIA的争斗中败下阵来才退出了桌面市场;要说产品丰富,2010年整个IT销售了2.15亿颗包含了IT技术授权的GPU产品,到2013年估计这个数据超过了4亿。

早期的IT图形产品还是非常有优势的。最初IT为康柏电脑生产了PowerVR 1系列产品,后来这款独立显卡产品也有零售,商品名为VideoLogic Apocalypse 3D。由于反响不错,随后IT也为世嘉的土星游戏机定制过GPU芯片。接下来IT又推出了PowerVR 2,支持DirectX 6.0,性能表现尚可,不过由于不支持T&L,PowerVR后续产品没有在桌面市场继续发展下去。反倒是由于PowerVR独特的Tile Based Deferred Rendering基于延迟渲染的分块架构在性能功耗比的表现上优势明显,因此在PowerVR 3、PowerVR 4失败后,iPhone/iPhone 3G使用的PowerVRM B X在移动市场取得了巨大的成功(出货量超过2亿片),这也为今天Powe r V R在移动市场呼风唤雨的地位打下了基础。今天,PowerVR SGX 5和SGX 5XT成为市场的主流产品,为无数玩家带去了极为优秀的移动计算体验。

PowerVR本身不生产芯片,而是设计芯片并销售授权。购买PowerVR授权的厂商既有英特尔、苹果、三星等业界巨头,也有LG、瑞萨、高通、华为、索尼等业内大腕,还有一些不太出名的小厂商。其中最需要注意的是苹果,PowerVR由于受到苹果的支持,很多软件特别是3D游戏都先基于IOS平台的PowerVR的产品研发,再移植到安卓平台其他产品上去,因此PowerVR目前在游戏兼容性上拥有“先天”优势。不仅如此,苹果和英特尔还积极入股了IT,成为PowerVR的大股东。

当前主流产品:
PowerVR目前在市场上的主流产品是PowerVR5系列。根据IT的分类,PowerVR5系列分为PowerVR5和PowerVR5XT两种核心,都是统一渲染架构产品。前者最早发布于2005年7月,包含了SGX520、SGX530、SGX531、SGX535、SGX540和SGX545六款核心,这些产品初始制程全部采用了65nm工艺,在200MHz下的性能从0.8GFLOPS一路攀升到3.2GFLOPS(不过也有部分厂商采用新工艺后继续提高频率以获取更强性能)。目前PowerVR5系列在主流市场上已经不太容易看到。比较著名的是其中的PowerVRSGX 535和SGX 545。其中前者被苹果用于自家的A4处理器中,成就了iPhone 4一代经典的地位,也曾经是首代iPad所使用的处理器;后者曾经被英特尔选中用于搭配自己的移动Atom,用于手机和平板等产品,被命名为GMA 500系列。不过由于早期Atom受到的支持很少,再加上英特尔当时无法很好地控制产品的功耗,因此没有太大的成绩。


iPhone4以视网膜屏幕和强悍的性能著称于世,谁又知道其背后PowerVR SGX 535的默默奉献呢?


iPad 4中使用的PowerVR SGX 554MP4是目前已上市开卖的移动GPU中规模最大、规格最高、性能最强的产品。


图为PowerVR的发展路线


表1:目前比较常见的PowerVR 5XT系列产品的规格

PowerVR真正的火爆在于苹果的A5处理器上市后。由于经典的iPad2大获成功,PowerVR也开始成为很多玩家眼中的“正统”产品。在PowerVR5之后,IT推出了PowerVRSGX5XT系列。这个系列的特点在于可以完全支持多核心扩展。IT推出基础的PowerVRSGX5XT 芯片,厂商可以根据自己的需要使用一个、两个、三个、四个直至最多16个内核,获得不同等级和档次的性能搭配。虽然在官方的列表中,之前Power VRSGX 520到SGX545都出现在Power VR5XT系列的列表中,但实际上这一代PowerVR5XT在市场中大量出现的只有SGX543、SGX544和SGX554三款核心,远比上代的6款核心要少,不过由于不同的核心搭配策略,各个厂商都能获得自己需要的产品。在图形规格方面,PowerVR5XT继承了PowerVR5系列的优势,支持OpenGLES 2.0/1.1,也能支持DirectX9.0L3。从PowerVRSGX 544开始,PowerVR引入了一些OpenGL ES 3.0的技术,使得产品能够在新的竞争中继续获取优势。

从产品方面来看,如果说PowerVR处理器中目前哪一款最有名,相信很多玩家都会想到iPad4使用的PowerVRSGX54MP4内核,它包含了四颗PowerVR SGX 554核心。也正是这颗GPU核心,让iPad 4能从容面对高达2048×1536超高分辨率的视网膜屏幕,也是iPad 4在性能上傲视群雄的关键因素。除此之外,目前市场上比较常见的处理器比如三星Exynos 5Octa(也就是GalaxyS4中使用的那颗“4+4”的处理器)也使用了PowerVRSGX544MP3以获得强大的图形性能—这也是三星继Exynos3之后,再度在高端CPU中启用PowerVR的产品。除此之外,还有一些厂商使用了比较老的PowerVR架构,比如MTK一些面向入门级用户的产品,使用了“新”的SGX531Ultra(实际上是PowerVR SGX531从65nm改用新工艺40nm后的高频率版本),在性能和功耗上做出了比较好的权衡。

总的来看,依靠授权IP,收取权利金的方式,PowerVR成为目前移动GPU市场上的绝对霸主。根据一些统计资料,2012年PowerVR占据了高达50.1%的ARM市场移动GPU的份额。“授权— 收取权利金— 投入新的资本研发新的核心—再授权”,PowerVR的这种研发方式尽可能避开了芯片生产中的工艺风险,让自己能够充分利用先进的技术来获取市场优势。2012年,PowerVR就公布了下一代PowerVRSGX6的资料,不过目前工艺尚不成熟,预计在20 nm或者16nm时代才能看到全新的PowerVR SGX6的强大性能了。

高通Adreno—霸业基石

发展历史:
如果说PowerVR算是“亲儿子”的话,那么Adreno就是不折不扣的“螟蛉子”了。Adreno原本并非高通旗下的部门,它的“亲生父母”实际上是ATI 。在2005年AMD收购了ATI后,负责设计移动图形核心的、当时被称为“Imageon”的部门被AMD剥离后以6500万美元卖给了高通(像不像卖了阿拉斯加给美国的俄罗斯?)。随后高通拥有了自己的移动图形部门,并改名为Adreno—只要将这个名字中的前三个字母调换一下顺序,你就会发现“Radeon”的单词出现,是不是很熟悉?没错,这也许是Adreno立志要做移动计算中的“Radeon”,从而在名称上刻印了标记,也正是在高通旗下,Adreno实现了这个愿望。

从历史来看,在被高通收购之前,Imageon也推出过很多款产品,其中有专门的2D加速、影音解码芯片,也有专门支持视频播放的芯片,当然主要的还是以图形性能为核心,综合多样功能的产品。Imageon从型号上来看至少有过20款独立的芯片推出,随后它就被高通收购,成立了全新的Adreno产品部门。

在被高通收购后,Adreno开始转型研发移动3D芯片。Adreno 130是其推出的首款产品,它的实际产品有HTC Dream(G1)和后来大卖的HTCHero(G3)。从HTC的G1和G3的销量来说,Adreno 130不可谓不成功。随后的Adreno 200芯片,又被HTC看中,用在Nexus One和HTC Desire(G7)中,又成为一款大卖的产品。之后的Adreno 205,成为索尼爱立信推出的专注于游戏的Xperia Play手机的的图形核心,这也是对Adreno性能的肯定。在初代几款产品成功后,Adreno开始随着高通的SOC芯片一路狂飙,最终斩获了30%的SOC移动GPU市场份额。

当前主流产品:
目前Adreno主流型号从低到高分为Adreno 203、Adreno 205、Adreno 220、Adreno 225、Adreno230、Adreno 302、Adreno320和Adreno 330。其中Adreno 200系列是面向主流和入门级用户的,Adreno300系列搭配的多是中高端产品。在架构上,整个Adreno都采用统一渲染架构,不再区分顶点和像素处理器。

从高通官网的介绍来看,Adreno 200系列主要支持OpenGLES2.0/1.1,没有明确说明支持Direct 3D,不支持OpenGL ES 3.0。这系列产品都比较老,因此主要出现在搭配高通Scorpion架构CPU的SOC中。Scorpion架构是高通基于Cortex-A8架构修改的架构,性能不算强,高通将其归入Snapdragon S1、S2和S3系列处理器。和PowerVR不同的是,Adreno 200系列很少公布它的GFLOPS性能指标,转而公布填充率等信息。不过一些资料还是提及了Adreno 200系列的性能参数(非官方参数,仅供参考,不过应该不会有太大差距),比如Adreno 130在133MHz下拥有1.2GFLOPS的性能,Adreno200在266MHz下性能为8.5GFLOPS,Adreno 225在200MHz、300MHz和400MHz下的性能分别为12. 8GFLOPS、19.2GFLOPS和25.6G FLOPS 。参考之前的PowerVR的性能,Adreno 200系列最高性能和PowerVRSGX 554基本处于同一性能档次。


小米2S估计是所有国内消费者最熟悉的、使用Adreno 320的手机了。

接下来的Adreno 300系列则主要搭配新的Snapdragon200、400、600和800系列SOC,这系列SOC的CPU核心从低到高分别为Cortex-A5、Cortex-A7以及目前大红大紫的Krait300和Krait400,层次相当分明。规格上,Adreon 300系列都开始支持OpenGL ES 3.0,DirectX 9.3、Open CL等,也属于相当主流的规格支持。从低到高来看,Snapdragon 200还可以选用Adreon 203,不过只有入门级机型才使用类似的低配置,一般会考虑使用Adreon 302这样的产品,基准性能未知,但不会过10GFLOPS 。Snapdragon 400则会推荐使用Adreno305GPU,在400MHz下它的基准性能为19.2GFLOPS。再向上一些的Snapdragon600则开始推荐Adreno320产品,500MHz下基准性能达到了51.2GFLOPS。最后则是最强大的Snapdragon 800,最高可搭配Adreno330,可惜的是目前尚未有它的性能参数,但至少这颗GPU能达到70~80GFLOPS是没有太大问题的。

目前高通的Adreno系列占据了超过1/3的移动GPU市场份额,除了借助了高通在
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关键字:移动  GPU

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2013/0829/article_25225.html
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