Imagination Technologies通过光线追踪重塑GPU

Imagination Technologies最近推出了IMG DXT，这是一款可扩展的光线追踪图形处理单元（GPU），据说可以为移动设备解锁尖端图形。光线追踪是一种创建逼真的3D场景的技术，在该场景中，光线模仿了它在现实世界中的行为。然而，这项技术传统上计算成本很高，因为处理器必须跟踪从光源发射的所有光线，并计算每条光线将如何与场景中的表面或物体相互作用，无论它是被吸收、散射、反射还是折射。

 

IMG DXT的高级概述，包括统一着色簇（USC）、纹理处理单元（TPU）、光栅/几何块和顶级组件。

 

现在，借助Imagination在新GPU中的光线加速集群（RAC）技术，手机制造商可以将光线跟踪集成到他们的片上系统（SoC）中。Imagination声称其IMG DXT具有高性能和高能效，同时价格合理，面积成本低达40%。以下是Imagination在IMG DXT GPU中发现的一些技术。

 

光线跟踪

传统的渲染使用光栅化，这是一个使用三角形网格构建结构的过程，然后对三角形网格进行着色，使其与结构的外观相似。用这种方法，现实世界只能是近似的。另一方面，光线追踪复制了低光在现实世界中的行为。

来自光源的光子在周围环境中反弹，到达观看者的眼睛。当灯光与对象交互时，它会被遮挡、反射和折射，从而产生逼真的阴影和反射。

与光栅化相比，光线跟踪使用单一算法，可以在不使用阴影贴图或其他照明过程等工具的情况下创建效果。然而，光线跟踪更为复杂，需要付出更多的努力才能有效地使用。Imagination于2012年首次展示了其光线追踪架构。

 

Imagination的光线跟踪架构对大多数场景使用传统的光栅化，对反射和阴影使用光线跟踪，大大降低了所需的计算性能和带宽。

 

该体系结构对大多数场景使用光栅化，并对反射和阴影使用光线跟踪，从而降低了所需的带宽和性能。此外，它使用向后光线跟踪，颠倒了光源发出的光线在物体周围反弹并最终到达眼睛的概念。在这里，光线从查看器或摄影机发射到场景中。如果来自某些点的光没有到达光源，则不需要对其进行处理，从而进一步简化了计算。

 

片段着色率

新的GPU可以从区域高效的半RAC配置扩展到四RAC设计，以涵盖各种应用，从混合实现中的简单阴影到高端游戏的高级阵列跟踪图形。

得益于所谓的片段着色率（FSR），新的IMG DXT为开发人员释放了性能空间。FSR减少了处理的碎片数量，提高了图形性能，对视觉质量的影响可以忽略不计。FSR技术以图像质量换取改进的性能和降低的功耗。该程序不使用每个像素一个阴影，而是允许在多个像素的区域上使用阴影，从而在提供高性能的同时降低带宽和能量需求。

 

FSR的概念。

 

这项技术与光线跟踪配合得很好，因为需要使用的光线更少，从而减少了对大像素区域的处理。

 

纹理处理单元

除了图形改进，Imagination团队发现，许多现代游戏在模糊、深度和附加效果的后处理算法上花费了大量时间。这些算法中的大多数都受到纹理处理单元（TPU）的吞吐率的限制。

IMG DXT的TPU为这些后处理效果创建了所谓的“快速路径”。只有当硬件检测到跨区域的常规处理时，TPU的性能才会翻倍。这些区域重用具有纹理缓存和单个纹理的2D采样的处理点，而没有细节或透视。它加速了游戏中的后处理效果和计算摄影滤镜处理等任务。它通过更快、更节能的噪声消除算法提高了图像质量。

有了所有这些新技术，IMG DXT内核的每个区域的性能密度比Imagination的上一代GPU IMG CXT高出20%，同时降低了功耗。DXT-72-2304配置提供了72 GTexels/s和2.5 TFLOP的FP32算术性能，最大单核性能比CXT GPU高50%。

 

着色器处理单元（SPU）

IMG DXT采用了新的着色器处理单元（SPU）设计，该设计由用于计算任务的算术逻辑单元（ALU）和用于着色像素、几何处理和光栅化逻辑的纹理处理单元（TPU）组成。凭借其新的三重通用着色器集群（USC）设计（3个ALU/TPU单元），GPU可以为每个SPU提供50%以上的高端计算和纹理（ALU/TPU）性能。

 

IMG DXT包括一种新的、更高密度的SPU设计，具有三个USC/TPU块。

 

除了硬件之外，GPU还有许多开发工具来支持整个堆栈的光线跟踪功能。此外，它支持许多压缩技术，以最大限度地提高带宽效率，包括Khronos ASTC HDR，它允许纹理在亮区和暗区之间具有高动态范围，同时保持高水平的细节。

 

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所有图片均由Imagination Technologies提供