Innosilicon Fantasy I: architektura a funkce

Když mluvíme o GPU v PC, obvykle jmenujeme tři americké společnosti: AMD, NVIDIA a, v menší míře, Intel. Co by se stalo, kdybychom vám řekli, že se v Číně objevují grafické karty, které využívají britské technologie GPU, ale smontované a vyrobené v Číně? V tomto článku popíšeme architekturu Innosilicon Fantasy I.

Innosilicon Fantasy I

Mluvit o architektuře PowerVR společnosti Imagination je skoro jako mluvit o řecké tragédii. Od svého vzniku a napříč různými generacemi jsme jej viděli na několika různých systémech, jako je SEGA Dreamcast, grafické karty ST Micro KYRO a dokonce i PlayStation Víta. Mají společný bod? Autentické komerční selhání navzdory vysoké kvalitě GPU. Měli však štěstí na grafickou architekturu procesorů jablko zařízení, dokud se ti z Cupertina nerozhodli jít sami a na chvíli si „navrhnout“ vlastní grafickou architekturu.

Imagination Technologies Fantasy I PowerVR

Období neshod mezi Apple a Imagination opět vedlo Brity ke snaze licencovat své grafické architektury třetím stranám. V současnosti, když se podíváme na panorama jak v chytrých zařízeních, tak ve světě PC, uvidíme, jak Imagination a její PowerVR jakoby zmizely.

Jeho nepřítomnost v Android světa využili další účastníci, jako např ARM sebe s Mali nebo Qualcomm se svým Adreno. To je přimělo přesunout se na jiné trhy, například čínský výrobce Innosilicon, známý svými ASIC pro těžbu, byl ten, kdo nedávno představil svou Fantasy 1. Je to první grafická karta založená na PowerVR od počátku Kyro 2000 , ale mohou konkurovat NVIDIA a AMD v prostoru PC?

Co je dlaždicové vykreslování?

Koncem 1990. let museli návrháři grafických karet bojovat o výkon s běžným problémem, nedostatkem šířky pásma. Grafické procesory ve srovnání s tím, jak jsou dnes, byly velmi jednoduché. První část 3D potrubí, před rasterizací, byla vypočtena pomocí procesor. Druhou část změny provedla grafická karta, která vyžadovala velké množství šířky pásma, kterou tehdejší paměť nemohla poskytnout bez raketově rostoucích nákladů.

Dlaždice Rendeirng Pipeline

Řešením, které navrhla Imagination, bylo vykreslování od Tiles, které stále zůstává základem jeho architektury, takže i dnes, jakmile byla geometrie vypočtena v samotném GPU, jsou přidány další fáze ve srovnání s konvenčním GPU. Nástroj pro vykreslování dlaždic seřadí polohu geometrie RAM na základě jeho polohy ve scéně těsně před rastrováním, aby se vytvořily jednotlivé seznamy zobrazení pro každou dlaždici, které se pak během procesu vykreslování jeden po druhém vyřeší.

Výhody

Vzhledem k malé velikosti každého bloku nebo dlaždice to umožňuje vyřešit to bez přístupu k VRAM, protože k tomu používají vnitřní paměť. Díky tomu je také ideální pro líné vykreslování, které často používá k výpočtu osvětlení scény více vyrovnávacích pamětí obrazu. Jeho další výhodou je, že protože znalost pozice prvků ve scéně je nezbytná pro generování struktury prostorových dat pro Ray Tracing, je jednodušší implementovat ray tracing v tomto typu architektury.

Nevýhody

To má však dvě nevýhody. Prvním je, že k dosažení stejného výkonu vyžaduje složitější hardware než konvenční GPU, a proto vždy získáme nižší výkon pro čip stejné velikosti, druhým je existence vysokorychlostní paměti typu GDDR resp. HBM eliminuje svou výhodu v herním PC. Proto se tento typ architektury stal standardem v kapesních zařízeních, kde je šířka pásma paměti z důvodů spotřeby omezená.

PowerVR B-Series, grafická architektura Fantasy I

Abychom porozuměli architektuře grafických karet Innosilicon's Fantasy I a mimochodem také tomu, co je uvnitř procesorů Apple pro jeho zařízení, musíme se vydat na prohlídku současné architektury Imagination a ačkoliv víme, že nedávno byla představena řada C, také známý jako Photon, v současnosti nejpokročilejší zařízení používají jako architekturu B-Series od Imagination.

GPU Innosilicon Fantasy I

Jádro řady B

Organizace každého z těchto jader je následující:

Innosilicon Fantasy I PowerVR

  • Čtyři bloky USC, Unified Shader Cluster, kde každý má až 128 ALU v FP32, celkem 512 na jádro. Vzhledem ke schopnosti provést instrukci sčítání a násobení v jediném hodinovém cyklu je schopen provést 1024 operací za hodinový cyklus.
  • 8 texturových jednotek, z nichž každá je schopna produkovat 4 texely, celkem 32.
  • 16 ROPS.
  • 1 teselační jednotka.
  • 1 rastrová jednotka.

Každé z jader je výhradně zodpovědné za dlaždici nebo blok na obrazovce nezávisle na zbytku. Každý z nich má tedy své vlastní rastrové a teselační jednotky. Kromě přenášení malé vnitřní paměti pro vyřešení vyrovnávací paměti obrazu uvnitř ní a snížení dopadu na systémovou RAM. Tato paměť se však používá výhradně pro ROPS a navzdory výhodám GPU je kvůli dnes používaným obrovským mapám textur nutné získat přístup k VRAM pro získání texturových dat.

Fantasy I, první chiplet GPU

Velkou novinkou Imagination B-Series použité ve Fantasy I je fakt, že jde o první GPU, které je tvořeno chiplety, tedy různými čipy, které spolupracují jako jeden procesor. Za tímto účelem je seznam obrazovek odeslán prvnímu ze čtyř čipů, které tvoří GPU, zatímco ostatní tři jsou podřízené. Jde o řešení velmi podobné tomu, které AMD navrhlo v patentech s RDNA 3 a které bude v budoucnu jistě běžné u všech GPU tohoto typu.

Toto řešení se však liší v konkrétním bodě, použití vykreslování dlaždicemi k provedení toho, co je předběžné vykreslování a možnost mít několik seznamů obrazovek nikoli před rastrováním, ale od začátku 3D pipeline. Koncept není nic jiného než vykreslení scény bez shaderů nebo textur jakéhokoli druhu a z výpočetního potrubí a ne grafiky. To vám umožní uspořádat více seznamů příkazů a ne pouze jeden, který vám umožní využít velký počet jader během předběžného vykreslování. Tento proces se provede automaticky, jakmile příkazový procesor prvního GPU přečte seznam obrazovky.

To nám umožňuje mít několik seznamů obrazovek pro stejnou scénu, které lze organizovat podle různých jader. Tak je dosaženo toho, že při konfiguraci 2 chipletů má každý na starosti jednu polovinu obrazovky, u 4 z nich jsou rozmístěny po čtvrtině.

Co přinesl Innosilicon vaší grafické kartě?

Ne všechnu práci však odvedli lidé z Imagination, ale Innosilicon byl ten, kdo navrhl zbytek grafické karty, přidal návrh PCB a vybral zbytek materiálů. Kde nejvíce vyniká použití pamětí GDDR6 nebo GDDR6X v závislosti na použitém modelu, podpora DisplayPort 1.5 a HDMI 2.1, ale konkrétně použití jeho technologie Innolink, která byla navržena pro interní komunikaci čtyř čipů, které tvoří součást GPU.

Innolink Chiplets Fantasy I

Konkrétně máme dvě různé varianty, na které lze dosáhnout volání typu A 5 TFLOPS výkonu v FP32 , má paměťové rozhraní se 128bitovou GDDR6X VRAM při 19 Gbps s šířkou pásma 304 GB/s. Na druhé straně typ B má dvě kompletní GPU, a proto se skládá z celkem 8 čipů a dvojnásobného počtu

Innosilicon Fantasy I nejsou pro vaše PC

Realita je taková, že si nebudete moci koupit grafické karty Innosilicon's Fantasy I, abyste je mohli používat ve svém herním PC, a ani by vás to nezajímalo, protože Imagination navrhuje své architektury pro kapesní zařízení, kde Windows není dominantním operačním systémem a není to ani DirectX, protože najdeme řadu nedostatků. Nemá smysl přidávat do hardwaru funkce, které váš klient nebude používat a největším klientem těchto GPU, byť skrytě, je Apple a konkrétně jeho Metal API.

Tarjetas Gráficas Innosilicon

Je ironií, že PowerVR je tak svázán s Metal, API používaným v iOS, macOS a zbytek operačních systémů Apple, že nakonec lidé Tima Cooka podepsali smlouvu s Imagination, aby mohli pokračovat ve vývoji GPU integrovaného do jejich procesorů. Takže v aktuálním Apple A15, M1 a jeho variantách Pro a Max je uvnitř PowerVR. Protipólem toho je, že ti z Cupertina vytvořili obecnou představu, že jsou tak všemocní, že dokážou vytvořit veškerý hardware v systému a soutěžit o zdroje s celým světem. Realita je velmi odlišná.

Skutečnost, že GPU složené ze 4 čipletů dosahuje 6 TFLOPS, když vstupní rozsah pro PC již dosahuje, nás může překvapit, ale musíme mít na paměti, že jde o design určený pro mobilní procesory, ale s cílem dosáhnout cloud computingu. a nesmí být používán v herním PC.

Navrženo pro datová centra a cloud computing

Nezapomínejme, že na serverech je běžné používat několik procesorů a že máme stále více serverů založených na procesorech chytrých telefonů. Nelze zapomenout ani na tendenci virtualizovat grafickou kartu v cloudu pro více klientů, Fantasy I ze své podstaty virtualizaci nevyžaduje, každý z chipletů, které ji tvoří, může fungovat jako malé GPU.

Servidores ARM

Máme tedy architekturu, která se odvozuje od mobilních zařízení a škáluje se až po datová centra, ale bez procházení sousedstvím, kterým je počítač. To znamená, že postrádá řadu funkcí, které jsou dnes pro PC hry nezbytné. Proto, přestože vzhledově mohou Fantasy I připomínat herní GPU nebo to s těmi barvami nevypadá vážně, jsou skutečně pro cloud computing, ačkoliv jde o první generaci. Čelíme budoucnosti, kdy grafická karta nebude v rukou uživatele, ale serveru?

V každém případě Čína jako konkurenční velmoc Spojených států potřebuje být z technologického hlediska zcela nezávislá a to znamená vytvářet vlastní řešení mimo ta klasická od NVIDIA, Intelu a AMD, o kterých si pamatujeme, že jsou to americké společnosti.