為什麽IMG CXT光線追蹤是手機遊戲規則的改變者
2022-01-19
作者
BENNY HAR-EVEN，Imagination
在2021年11月初，我們宣佈了不僅是Imagination GPU歷史上的一個重要里程碑，也是整個GPU歷史上的一個重要的里程碑：即IMG CXT…
在2021年11月初，我們宣佈了不僅是Imagination GPU歷史上的一個重要里程碑，同時在我們看來，也是整個GPU歷史上的一個重要的里程碑：即IMG CXT，這是我們第一個可支援光線追蹤的GPU IP並已開放授權。
眾所周知，自3D圖形開始以來，使用光線追蹤進行實時渲染一直是目標。這是因為透過模仿光線在現實世界中的行為，光線追蹤可以創建比傳統光閘化更準確、更逼真的3D視覺效果。
徹底改變遊戲視覺效果
透過光線追蹤，遊戲變得更真實，更精確的照明可以創建更自然的陰影和反射，這有助於將角色和物體融入3D場景。它可以使所有內容看起來更漂亮，並且不那麼「遊戲化」，使遊戲更接近我們習慣在電影中看到的影像品質。
在遊戲之外，光線追蹤可望改變家居設計和建築等領域的3D可視化。想像一下，在樣品屋設計你完美的廚房。現在，不再需要等待逼真的3D渲染——這一切都可以即時完成，甚至可以在手機或平板電腦上完成。除了3D圖形，光線追蹤甚至可以用於音訊，透過測量聲音在房間周圍的反彈方式，以及考慮材料吸收音量的質量來增強真實感。
RT關閉時的影像品質。
不單單是遊戲玩家喜歡更逼真的視覺效果，對於開發人員來說，光線追蹤提供了更簡單、更高效的工作流程，進而節省了他們的時間。作為一種更純粹、更優雅的照明方法，光線追蹤的概念早於光閘化，但由於其計算複雜性，直到近幾年才在大型、嘈雜和強大的桌機及最新硬體上使用。不過，這些顯卡板的實際功率範圍遠遠超出低功耗，更遑論最佳化行動裝置了，因此這些晶片製造商聲稱光線追蹤尚未準備好應用在手機上，也就不足為奇。
RT+GION的影像表現。
幾年前(約2015年左右)，業界甚至認為3D圖形根本無法在行動裝置上完成。但是，行動裝置一直是Imagination擅長的領域，我們基於分塊的延遲渲染(TBDR)方法開啟了智慧型手機革命，即使在壽命和熱性能限制非常嚴格的裝置中，也能實現強大的3D圖形。TBDR完全消除了即時模式渲染器的低效過度繪製問題：耗費大量時間為畫素著色，而這些畫素隱藏在靠近相機的物體後面，是以用戶在螢幕上永遠不會看到這些畫素。IMG CXT則代表了PowerVR TBDR架構的演進巔峰，同時導入了行動圖形發展的下一階段：光線追蹤。
行動光線追蹤的到來
經過十年的創新開發工作，Imagination推出了IMG CXT，這是其首款將光線追蹤加速硬體緊密整合到晶片中的GPU核心。但在我們討論其光線追蹤功能之前，重要的是要意識到CXT是相比於傳統光閘化的超快GPU。它建立在我們的A系列和B系列GPU的基礎上，這些GPU採用了超寬ALU，最佳化的紋理處理單元，可配置的快取大小和改進的壓縮算法，與前幾代相比，在功耗、性能、面積和頻寬(PPAB)效率方面實現了重大飛躍。
B系列GPU實現了諸多最佳化和改進，例如基於多核心和小晶片，其靈活可擴展性特點可實現從嵌入式到桌機等級的解決方案，還透過進一步的微架構調整和物理設計最佳化提高了運算效率。因此，B系列仍然是市場上用於光閘化的頂級GPU。
CXT則代表了我們的頂級設計，透過進一步的微架構調整，它提供了比上一代產品高出50%的幾何圖形和運算能力，同時導入了最新的圖形渲染，即光線追蹤。
CXT 的運算和紋理處理單元從上一代的4個增加到 6 個，以及一個額外的幾何閘格單元。
由於光線追蹤仍然是一項運算成本非常高的技術，IMG CXT採用混合方法進行3D渲染。自2018年底以來，這已在全球桌上型個人電腦市場上推出，不過Imagination早在2016年就基於其「Wizard」架構的「Plato」開發板上進行了首次運作展示。它於2014年第一次亮相，是第一個導入混合渲染概念的設計——將光線追蹤功能與傳統光閘化相結合。
光線追蹤等級系統。
CXT是這種設計的演變，並具有Photon光線追蹤架構，該架構提供了許多專用於加速光線追蹤的矽模塊，比桌機級架構可能有的方式更節能。由於並非所有光線追蹤解決方案都是平等的，Imagination建立了光線追蹤等級系統。這確定了六個等級的光線追蹤，從純軟體的0級到5級，並且由於Photon架構的光線加速集群，IMG CXT位於4級。如果您想深入了解Photon架構的更多資訊，我們另有一份詳細的白皮書，解釋了混合渲染的原理，以及我們如何實現光線追蹤加速。
RAC架構。
總而言之，RAC提供的硬體極大化地加速了光線通過邊界框層次結構，這是有效加速光線追蹤所必需的。獨一無二的是，它具有數據一致性叢集單元，該單元可識別反射光線中的一致性，並將它們打包在一起以充分利用記憶體頻寬。同樣，要了解更多資訊，我們建議查看白皮書，但在這裡需要說明，這種一致性叢集單元是我們如何在行動功率預算中，以足夠有效的性能提供光線追蹤的方法。多虧了這一點，當談到可用的行動效能時，IMG CXT是市面上唯一的遊戲玩家。
與我們之前的所有IP核心一樣，CXT是汽車領域的絕佳解決方案，並且由於導入了光線追蹤，情況更是如此。光線追蹤將在渲染複雜的曲面(如汽車車身)時實現更高的效率，使其成為逼真光線追蹤汽車渲染的理想選擇，可在儀表板寬螢幕上完美呈現車輛。
支援Vulkan
CXT完全支援用於光線追蹤的Vulkan API，處理光線查詢和光線追蹤的光線管線實現，因此無論應用程式是針對行動裝置還是桌機，CXT都能夠支援。這將有助於為應用程式提供更逼真的陰影和反射，以及光線追蹤全局照明，以實現真正身臨其境的真實視覺效果。
多年來，我們一直期望遊戲機和桌上型個人電腦上的圖形品質水準最終會應用到行動裝置上，現在光線追蹤也是如此。這項技術已經進入市場開放授權，我們迫不及待地想看到這項技術到達每個人的手中。
在下一篇文章中，我們將介紹光線追蹤可以帶來更多深度的一些視覺增強功能，以及它將為開發人員帶來的時間節省效率。立即閱讀！
(本文由Imagination提供)
本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2022年1月號
