芯東西（公眾號：aichip001）
作者 | ?ZeR0
編輯 | ?漠影
芯東西7月20日報道，昨日，知名半導體IP公司Imagination Technologies和開放、非盈利聯盟Khronos Group在上海聯合舉辦Khronos & Imagination技術研討會。
這場開發者活動重點關注快速發展的軟硬件生態系統以及GPU技術、開源標準和開放API接口在移動游戲、汽車和云領域的機會。芯動科技、騰訊、Unity等多家雙方合作伙伴的嘉賓代表參加了本次活動并發表主題演講。
在圓桌論壇環節，阿里巴巴云游戲事業部元境資深技術專家劉昊辰、vivo芯片技術部高級芯片產品總監譚鳳林、Khronos中國區副總裁傅世雄、南京睿悅信息CTO曹峻瑋圍繞VR/AR、云端協同等議題，探討了未來數字世界可能面臨的技術挑戰。
一、IMG：更高能效背后的技術創新
研討會期間，Imagination產品市場副總裁Trina Watt、Imagination前瞻技術副總裁Kristof Beets在演講中分享了Imagination的主要市場、光追GPU解決方案，以及創新GPU產品背后的驅動因素，尤其是如何實現功耗和性能的平衡。
“GPU產品和移動應用是我們的戰略核心。”Trina Watt說，“我們擁有完整的產品線，以覆蓋不同的移動市場，從入門款的主流產品到可以支持旗艦款設備達到最高圖形體驗的高端產品。”
Imagination去年發布的CXT是其首款在移動平臺支持光線追蹤技術的產品。光線追蹤讓陰影更平滑，讓反射更真實，全面提升用戶與游戲的交互體驗，使得移動設備端的游戲體驗更加真實。
截至今年，Imagination申請了超過3000項專利，是英國最大的IP貢獻者。
Kristof Beets談道，單純依靠新一代工藝節點所帶來的提升是不足以提高競爭優勢的，帶寬本身就是一個限制條件，同時也受功耗和散熱的影響，帶寬和存儲的線性擴張做起來很容易，但實則效率低下。
“我們的確應該對芯片存儲器做點文章了。”Kristof Beets說，“如何處理芯片接口和本地存儲器之間的不同延遲？我們其實有很多復雜的帶寬問題都沒解決。”他也特別強調安全問題，很多存儲在云端的私人數據都很容易被入侵，作為安全數據鏈的重要一環，必須確保GPU本身不出漏洞。
▲Kristof Beets通過遠程連線進行演講
從技術角度來說，Imagination采用了模塊化和層級化的方法進行擴展，從普通的移動設備，到高端GPU，再到采用了多核技術甚至多用例的服務器和云計算市場。
“我們從搭載了一個光線追蹤模塊的8*256手機解決方案開始。8代表的是貼圖能力，256代表了每時鐘周期的浮點處理能力。我們以此為基礎進行邏輯放大，從單模塊到性能翻倍的雙模塊，以此類推擴展至3倍、4倍，甚至更高性能。”Kristof Beets分享道。
這些是單核用例的邏輯放大和性能的線性擴展。實現可擴展性還需要考慮新的技術革新。晶粒是確保功耗效率的重要技術，將多個同樣的芯片封裝到一起并構建出更大尺寸的用例和GPU，這種基于邏輯模塊的構建方法也獲得了很多關注。Imagination便采用了這一邏輯來設計多核產品。
分塊渲染的一個優勢是帶寬，排序后Imagination會逐一處理分塊貼圖，很多處理流程可以利用芯片上的暫存存儲器完成，功耗效率和處理效率更高，對閃存和存儲器子系統也更友好。
它的另一個優勢是支持工作負載在大型GPU的高效分布，易將每個分塊貼圖分配給GPU的不同部分來處理，可實現高效的線性性能擴展，不僅支持傳統芯片，也同樣適用于晶粒堆棧。
壓縮也是解決方案中的重要一環。Imagination一直在開發創新的壓縮技術，希望將數據壓縮到盡可能小。壓縮技術也會對幾何構型產生影響，基于硬件的壓縮技術將浮點數據壓縮至幾何模塊，并執行后續的邏輯運算。將相對屏幕貼圖的位置數據進行存儲時，壓縮技術具有很大優勢，可以幫助實現最高的帶寬效率。
壓縮跨越了GPU處理和系統，Khronos的標準化則是另一個優勢。以紋理壓縮為例，開發者經常會高比例壓縮紋理到ASTC等高質量格式，但也不能忽視功耗和帶寬效率。幾何圖形壓縮通常不需要開發者擔心，它是在后臺進行的，開發者無需參與，也不需要任何擴展程序，Imagination就在研發渲染對象的隨時壓縮，并利用幀緩沖顯示器實現顯示器外的渲染。
這樣做需要很高的讀寫帶寬，IMG IC則是其中的一項核心技術。這項技術不僅支持無損壓縮，也支持有損壓縮，圖像質量會收到少量影響，但可以顯著降低帶寬需求。所以，開發者可以按需平衡帶寬、功耗和圖像質量。
“對比其他解決方案，我們可以將帶寬需求降低20%-40%。”Kristof Beets說。
他也談到其GPU長期搭載的關鍵創新是固件，隱藏在GPU下的微內核能處理本地事件，承載一部分主CPU的負載，更多性能還可以用于優化應用或游戲負載。固件處理器對糾錯同樣很有用，可以用在功能性安全的故障分析和功耗管理。
二、GPU技術開啟數字新世界，提升VR體驗需解鎖哪些難關？
在圓桌論壇環節，阿里巴巴云游戲事業部元境資深技術專家劉昊辰、vivo芯片技術部高級芯片產品總監譚鳳林、Khronos中國區副總裁傅世雄、南京睿悅信息CTO曹峻瑋圍繞“GPU技術如何開啟數字新世界”主題進行探討。
▲圓桌論壇
談到VR領域需突破的方向，vivo芯片技術部高級芯片產品總監譚鳳林說，他從不懷疑芯片技術的提升將帶來更好體驗，但我們可能還要另一個角度來看問題——人對一些感知的變化。
比如，理論上延時低于20毫秒，人就不會感到眩暈，高通XR設備專用芯片驍龍XR2已能將延時降低到16毫秒，但時間一長，人還是會有眩暈感，為什么？這可能是人體對一些日常動作跟大腦的反應不協調導致的。這一方向也需要做更多探索。
南京睿悅信息CTO曹峻瑋認為，從“看”到“交互”，是一個疊進的過程。目前交互方式方面，已經有手勢、手柄、戒指、腦機接口、手環等各種嘗試，但從仿真角度來講還差很多。在他看來，如果實現交互和感官雙重突破，我們可能進入一個很真實的世界。
阿里巴巴云游戲事業部元境資深技術專家劉昊辰判斷，未來VR/AR場景下，頭顯設備不斷縮小，本地芯片的發熱和功耗問題會更加苛刻，本地能做的渲染在一定程度上會受到限制。而云端資源理論上可以無限橫向擴展，比如支撐萬人同屏的場景，這對GPU架構也是一個技術挑戰。
劉昊辰說，云原生渲染場景需要的GPU能力，更多是可以快速根據當前場景需求去擴縮計算能力的模式，對GPU的虛擬化、跨GPU核之間的協同和傳輸等能力，都提出了一些新的要求。
在譚鳳林看來，邊緣設備也能提供強大的計算能力，它的算力比端側強，延時又比云低，在像VR場景對延時可能更加敏感的場景，能夠兼顧對高算力和低延時的需求，其網絡鏈路也會較短。
另外在端側，當電池沒有本質性突破時，要運行一個大算力東西，即便制程不停迭代，手機待機時間是不會提高的，如果需要更高算力，也可以連到端側設備上。要有突破，電池供電可能是未來的一個關鍵之處，解決的也許是單電池電芯容量，也許是一個無所不在的無線充電的世界。
南京睿悅信息CTO曹峻瑋也認同電池亟待突破，算力越高，手機續航則越用越短，電池的突破跟不上芯片的突破。他認為未來可能先有的場景，是家里有一臺供家人共同使用的服務器，作為邊緣計算節點，來供給所有在家庭使用的算力。
Khronos中國區副總裁傅世雄補充說，目前所有VR眼鏡支持的云端功能都是通過Wi-Fi，因為目前5G還不能支持這么大的量，所以在室外移動場景中用到5G，同樣存在技術瓶頸。
