Innosilicon Fantasy I: الهندسة المعمارية والميزات

يشبه الحديث عن أبنية PowerVR الخاصة بشركة Imagination الحديث عن مأساة يونانية. منذ نشأتها وعبر الأجيال المختلفة ، رأيناها على عدة أنظمة مختلفة مثل SEGA Dreamcast ، وبطاقات الرسوميات KYRO من ST Micro ، وحتى بلاي ستيشن فيتا. وجهة نظرهم مشتركة؟ إخفاقات تجارية حقيقية على الرغم من الجودة العالية لوحدة معالجة الرسومات الخاصة بها. ومع ذلك ، فقد كانوا محظوظين بما يكفي ليكونوا بنية رسومات معالجات تفاح الأجهزة ، إلى أن قررت أجهزة كوبرتينو المضي قدمًا بمفردها و "تصميم" بنية الرسومات الخاصة بها لفترة من الوقت.

أدت فترة الخلافات بين شركة Apple و Imagination مرة أخرى إلى قيام البريطانيين بالسعي إلى ترخيص هياكل الرسومات الخاصة بهم لأطراف ثالثة. في الوقت الحالي ، إذا نظرنا إلى البانوراما في كل من الأجهزة الذكية وعالم الكمبيوتر الشخصي ، فسنرى كيف يبدو أن Imagination و PowerVR الخاص به قد اختفى.

غيابه في أندرويد تم استغلال العالم من قبل مشاركين آخرين ، مثل ARM نفسها مع مالي أو كوالكوم مع Adreno. وقد جعلهم ذلك ينتقلون إلى أسواق أخرى ، مثل الشركة المصنعة الصينية Innosilicon ، المشهورة بـ ASICs الخاصة بالتعدين ، والتي قدمت منذ وقت ليس ببعيد Fantasy 1. إنها أول بطاقة رسومات تعتمد على PowerVR منذ أوائل 2000s Kyro ، ولكن هل يمكنهم منافسة NVIDIA و AMD في مساحة الكمبيوتر الشخصي؟

ما هو التجانب؟

في أواخر التسعينيات ، كان على مصممي بطاقات الرسوميات أن يتعاملوا مع مشكلة شائعة تتعلق بالأداء ، ألا وهي نقص النطاق الترددي. كانت معالجات الرسومات مقارنة بما هي عليه اليوم بسيطة للغاية. تم حساب الجزء الأول من خط الأنابيب ثلاثي الأبعاد ، قبل التنقيط ، بواسطة وحدة المعالجة المركزية‏:. تم تنفيذ الجزء الثاني في التغيير بواسطة بطاقة الرسومات ، والتي تطلبت كميات كبيرة من النطاق الترددي الذي لم تستطع ذاكرة الوقت توفيره دون ارتفاع التكاليف.

كان الحل الذي اقترحه Imagination هو العرض بواسطة Tiles ، والذي لا يزال يحتفظ بكونه أساس هندسته المعمارية ، لذلك حتى اليوم Fantasy I بمجرد حساب الهندسة في وحدة معالجة الرسومات نفسها ، تتم إضافة مراحل إضافية مقارنة بوحدة معالجة الرسومات التقليدية. يقوم Tile Renderer بفرز موضع الهندسة في رامات استنادًا إلى موضعه في المشهد قبل التنقيط مباشرةً لإنشاء قوائم عرض فردية لكل بلاطة سيتم حلها بعد ذلك واحدة تلو الأخرى أثناء عملية العرض.

المزايا

نظرًا لصغر حجم كل كتلة أو بلاطة ، فإن هذا يسمح بحلها دون الحاجة إلى الوصول إلى VRAM ، نظرًا لأنها تستخدم الذاكرة الداخلية لهذا الغرض. وهذا يجعله أيضًا مثاليًا للعرض البطيء الذي يستخدم غالبًا مخازن صور متعددة لحساب إضاءة المشهد. ميزتها الأخرى هي أنه نظرًا لأن معرفة موقع العناصر في المشهد أمر ضروري لإنشاء بنية البيانات المكانية لتتبع الشعاع ، فمن الأسهل تنفيذ تتبع الأشعة في هذا النوع من العمارة.

عيوب

ومع ذلك ، هذا له عيبان. الأول هو أنه يتطلب أجهزة أكثر تعقيدًا من وحدة معالجة الرسومات التقليدية لتحقيق نفس الأداء ، وبالتالي ، سنحصل دائمًا على أداء أقل لشريحة من نفس الحجم ، والثاني هو وجود ذاكرة عالية السرعة مثل GDDR أو يلغي HBM ميزته في كمبيوتر الألعاب. هذا هو السبب في أن هذا النوع من الهندسة أصبح معيارًا في أجهزة الجيب ، حيث يكون عرض النطاق الترددي للذاكرة لأسباب تتعلق بالاستهلاك محدودًا.

PowerVR B-Series ، الهندسة المعمارية الرسومية لـ Fantasy I

لفهم بنية بطاقات الرسومات Fantasy I من Innosilicon ، وبالمناسبة أيضًا ما هو داخل معالجات Apple لأجهزتها ، يتعين علينا القيام بجولة في الهندسة المعمارية الحالية لـ Imagination وعلى الرغم من أننا نعلم أنه تم تقديمها مؤخرًا السلسلة C ، أيضًا المعروف باسم الفوتون ، في الوقت الحالي ، تستخدم الأجهزة الأكثر تقدمًا سلسلة B من Imagination كبنية.

جوهر B-Series

يتم تنظيم كل من هذه النوى على النحو التالي:

• أربع كتل USC ، Unified Shader Cluster ، حيث يحتوي كل منها على ما يصل إلى 128 وحدة ALU في FP32 ليصبح المجموع 512 لكل نواة. نظرًا للقدرة على تنفيذ تعليمات الإضافة والمضاعفة في دورة ساعة واحدة ، فهي قادرة على إجراء 1024 عملية لكل دورة ساعة.
• 8 وحدات نسيج ، كل منها قادر على إنتاج 4 تكسيل ، ليصبح المجموع 32.
• 16 هيكل من هيكل الحماية من الانقلاب (ROPS).
• 1 وحدة تغطية بالفسيفساء.
• 1 وحدة نقطية.

كل من النوى مسؤول بشكل حصري عن البلاط أو الكتلة على الشاشة بشكل مستقل عن الباقي. ومن ثم ، فإن لكل منهم وحدات المسح بالفسيفساء والخطوط النقطية الخاصة به. بالإضافة إلى حمل ذاكرة داخلية صغيرة لحل المخزن المؤقت للصور بداخلها وتقليل التأثير على نظام الرام. ومع ذلك ، يتم استخدام هذه الذاكرة حصريًا لهيكل الحماية من الانقلاب (ROPS) وعلى الرغم من مزايا وحدة معالجة الرسومات ، نظرًا لخرائط النسيج الضخمة المستخدمة اليوم ، فمن الضروري الوصول إلى VRAM للحصول على بيانات النسيج.

Fantasy I ، أول شريحة GPU

إن الحداثة الرائعة لسلسلة Imagination B المستخدمة في Fantasy I هي حقيقة أنها أول وحدة معالجة رسومات (GPU) تتكون من شرائح ، أي شرائح مختلفة تعمل معًا كمعالج واحد. للقيام بذلك ، يتم إرسال قائمة الشاشة إلى أول مجموعة chiplets الأربعة التي تشكل وحدة معالجة الرسومات ، بينما تكون الثلاثة الأخرى تابعة. إنه حل مشابه جدًا للحل الذي اقترحته AMD في براءات الاختراع مع RDNA 3 وسيكون بالتأكيد شائعًا في جميع وحدات معالجة الرسومات من هذا النوع في المستقبل.

ومع ذلك ، يختلف هذا الحل في نقطة معينة ، واستخدام التقديم بواسطة المربعات لأداء ما هو العرض المسبق والقدرة على الحصول على عدة قوائم شاشة ليس قبل التنقيط ، ولكن من بداية خط الأنابيب ثلاثي الأبعاد. المفهوم ليس سوى تقديم المشهد بدون تظليل أو مواد من أي نوع ومن خط أنابيب الحوسبة وليس الرسومات. يتيح لك ذلك تنظيم قوائم متعددة من الأوامر وليس فقط قائمة واحدة تسمح لك باستغلال العدد الكبير من النوى أثناء العرض المسبق. يتم تنفيذ هذه العملية تلقائيًا بمجرد قراءة معالج الأوامر الخاص بوحدة معالجة الرسومات الأولى لقائمة الشاشة.

يتيح لنا ذلك الحصول على العديد من قوائم الشاشة لنفس المشهد والتي يمكن تنظيمها بواسطة النوى المختلفة. هذه هي الطريقة التي يتم بها تحقيق أنه من خلال تكوين 2 chiplets ، يكون كل واحد مسؤولاً عن نصف الشاشة ، ويتم توزيع 4 منهم في ربع.

ما الذي جلبته Innosilicon إلى بطاقة الرسومات الخاصة بك؟

ومع ذلك ، لم يتم إنجاز كل العمل من قبل فريق Imagination ، ولكن Innosilicon هو الذي صمم بقية بطاقة الرسومات ، مضيفًا تصميم PCB واختيار باقي المواد. أكثر ما يبرز هو استخدام ذاكرة GDDR6 أو GDDR6X اعتمادًا على الطراز المراد استخدامه ، ودعم DisplayPort 1.5 و HDMI 2.1 ، ولكن على وجه التحديد استخدام تقنية Innolink ، التي تم تصميمها للتواصل داخليًا مع الشرائح الأربعة التي تشكل جزءًا من وحدة معالجة الرسومات.

على وجه التحديد ، لدينا نوعان مختلفان ، يمكن أن تصل مكالمات النوع أ 5 TFLOPS من الطاقة في FP32 ، يحتوي على واجهة ذاكرة مع ذاكرة GDDR128X VRAM بسعة 6 بت بسرعة 19 جيجابت في الثانية مع عرض نطاق ترددي يصل إلى 304 جيجابايت / ثانية. من ناحية أخرى ، يحتوي النوع B على وحدتي معالجة رسوميتين كاملتين ، وبالتالي ، فهي مكونة من 8 شرائح في المجموع ومضاعفة الأرقام

إنوسيليكون فانتاسي أنا ليس لجهاز الكمبيوتر الخاص بك

الحقيقة هي أنك لن تكون قادرًا على شراء بطاقات رسومات Innosilicon's Fantasy I لاستخدامها في كمبيوتر الألعاب الخاص بك ، ولن تكون مهتمًا ، لأن Imagination تصمم هياكلها لأجهزة الجيب حيث Windows ليس هو نظام التشغيل السائد ولا DirectX كذلك ، لأننا نجد سلسلة من أوجه القصور. ليس من المنطقي إضافة وظائف إلى أجهزتك لن يستخدمها عميلك وأكبر عميل لوحدات معالجة الرسومات هذه ، وإن كان سراً ، هو Apple وعلى وجه التحديد Metal API.

ومن المفارقات ، أن PowerVR مرتبط جدًا بالمعادن ، واجهة برمجة التطبيقات المستخدمة في آيفونو macOS وبقية أنظمة تشغيل Apple ، انتهى الأمر بأفراد Tim Cook في النهاية بتوقيع اتفاقية مع Imagination حتى يتمكنوا من مواصلة تطوير وحدة معالجة الرسومات المدمجة في معالجاتهم. لذلك في Apple A15 و M1 ومتغيراتها Pro و Max الحالية ، ما بداخلها هو PowerVR. النظير لهذا هو أن هؤلاء من كوبرتينو ابتكروا فكرة عامة مفادها أنهم يتمتعون بكل قوة بحيث يمكنهم إنشاء جميع الأجهزة في النظام والتنافس على الموارد ضد العالم بأسره. الحقيقة مختلفة جدا.

حقيقة أن وحدة معالجة الرسومات المكونة من 4 شرائح تصل إلى 6 TFLOPS عندما يصل نطاق الإدخال للكمبيوتر الشخصي بالفعل إلى هذا قد يفاجئنا ، لكن يجب أن نضع في الاعتبار أنه تصميم مصمم للمعالجات المحمولة ، ولكن بهدف الوصول إلى الحوسبة السحابية وليس لاستخدامها في كمبيوتر الألعاب.

مصمم لمراكز البيانات والحوسبة السحابية

دعونا لا ننسى أنه من الطبيعي في الخوادم استخدام العديد من المعالجات وأن لدينا المزيد والمزيد من الخوادم القائمة على معالجات الهواتف الذكية. كما لا يمكننا أن ننسى الاتجاه إلى محاكاة بطاقة رسومات افتراضية في السحابة للعديد من العملاء ، بطبيعتها ، لا يتطلب Fantasy I المحاكاة الافتراضية ، يمكن أن تعمل كل مجموعة من الشرائح التي تتكون منها كجرافيكس صغير.

لذلك لدينا بنية مستمدة من الهواتف المحمولة وتصل إلى مراكز البيانات ، ولكن دون المرور بالجوار الذي هو جهاز الكمبيوتر. هذا يعني أنه يفتقر إلى سلسلة من الميزات التي تعتبر اليوم ضرورية لألعاب الكمبيوتر. هذا هو السبب ، على الرغم من حقيقة أن مظهر Fantasy قد أذكره بمظهر وحدة معالجة الرسومات للألعاب أو أنه لا يبدو جادًا مع تلك الألوان ، إلا أنها حقًا مخصصة للحوسبة السحابية ، على الرغم من أنها الجيل الأول. هل نواجه المستقبل حيث البطاقة الرسومية ليست في يد المستخدم بل في الخادم؟

على أي حال ، تحتاج الصين كقوة عظمى منافسة للولايات المتحدة إلى أن تكون مستقلة تمامًا من وجهة نظر تكنولوجية وهذا يعني إنشاء حلولها الخاصة خارج الحلول الكلاسيكية من NVIDIA و Intel و AMD ، والتي نتذكر أنها شركات أمريكية.