Innosilicon Fantasy I: arkitektur og funktioner

At tale om Imaginations PowerVR-arkitektur er næsten som at tale om en græsk tragedie. Siden starten og på tværs af forskellige generationer har vi set det på flere forskellige systemer som SEGA Dreamcast, ST Micro's KYRO grafikkort og endda PlayStation Vita. Deres pointe til fælles? Autentiske kommercielle fejl på trods af den høje kvalitet af dens GPU. De var dog heldige nok til at være grafikarkitekturen for processorerne Apple enheder, indtil dem fra Cupertino besluttede at gå på egen hånd og "designe" deres egen grafikarkitektur i et stykke tid.

Perioden med uoverensstemmelser mellem Apple og Imagination førte igen til, at briterne forsøgte at licensere deres grafikarkitekturer til tredjeparter. I øjeblikket, hvis vi ser på panoramaet både i smartenheder og i pc-verdenen, vil vi se, hvordan Imagination og dets PowerVR ser ud til at være forsvundet.

Dens fravær i Android verden er blevet udnyttet af andre deltagere, som f.eks ARM sig selv med Mali eller Qualcomm med sin Adreno. Dette har fået dem til at flytte til andre markeder, såsom den kinesiske producent Innosilicon, berømt for sine ASIC'er til minedrift, var den, der for ikke længe siden præsenterede sit Fantasy 1. Det er det første grafikkort baseret på en PowerVR siden begyndelsen af ​​Kyro 2000'erne , men kan de konkurrere mod NVIDIA og AMD på pc-pladsen?

Hvad er flisegengivelse?

I slutningen af ​​1990'erne måtte grafikkortdesignere kæmpe om ydeevne med et almindeligt problem, mangel på båndbredde. Grafikprocessorer sammenlignet med, hvordan de er i dag, var meget enkle. Den første del af 3D-pipelinen, forud for rasterisering, blev beregnet af CPU. Anden del i forandring blev udført af grafikkortet, som krævede store mængder båndbredde, som datidens hukommelse ikke kunne levere uden skyrockende omkostninger.

Løsningen foreslået af Imagination var renderingen af ​​Tiles, som stadig bevarer grundlaget for sin arkitektur, så selv i dag, Fantasy I, når først geometrien er blevet beregnet i selve GPU'en, tilføjes yderligere trin sammenlignet med en konventionel GPU. En Tile Renderer sorterer positionen af ​​geometri i RAM baseret på dens position i scenen lige før rasterisering for at oprette individuelle visningslister for hver flise, som den derefter vil løse en efter en under gengivelsesprocessen.

Fordele

På grund af den lille størrelse af hver blok eller flise, gør dette det muligt at løse det uden at skulle have adgang til VRAM, da de bruger intern hukommelse til dette. Dette gør den også ideel til doven gengivelse, der ofte bruger flere billedbuffere til at beregne belysningen af ​​scenen. Dens anden fordel er, at eftersom det er vigtigt at kende elementernes position i scenen for at generere den rumlige datastruktur til Ray Tracing, er det lettere at implementere ray tracing i denne type arkitektur.

Ulemper

Dette har dog to ulemper. Den første er, at det kræver mere kompleks hardware end en konventionel GPU for at opnå den samme ydeevne, og derfor vil vi altid opnå lavere ydeevne for en chip af samme størrelse, den anden er, at eksistensen af ​​hukommelse med høj hastighed som GDDR eller HBM eliminerer sin fordel i en gaming-pc. Derfor er denne type arkitektur blevet standard i lommeenheder, hvor hukommelsesbåndbredden af ​​forbrugsmæssige årsager er begrænset.

PowerVR B-Series, den grafiske arkitektur i Fantasy I

For at forstå arkitekturen af ​​Innosilicons Fantasy I-grafikkort, og i øvrigt også hvad der er inde i Apples processorer til dets enheder, er vi nødt til at tage en rundtur i den nuværende arkitektur af Imagination og selvom vi ved, at den for nylig er blevet præsenteret C-serien, også kendt som Photon, bruger de mest avancerede enheder i øjeblikket Imaginations B-serie som arkitektur.

Kernen i B-serien

Organisationen af ​​hver af disse kerner er som følger:

• Fire USC-blokke, Unified Shader Cluster, hvor hver har op til 128 ALU'er i FP32 for i alt 512 pr. kerne. Givet evnen til at udføre en add- og multipliceringsinstruktion i en enkelt clock-cyklus, er den i stand til at udføre 1024 operationer pr. clock-cyklus.
• 8 teksturenheder, hver i stand til at producere 4 texel, til i alt 32.
• 16 ROPS.
• 1 tesselationsenhed.
• 1 raster enhed.

Hver af kernerne er udelukkende ansvarlige for en flise eller blok på skærmen uafhængigt af resten. Derfor har hver af dem sine egne raster- og tessellationsenheder. Ud over at bære en lille intern hukommelse for at løse billedbufferen inde i den og reducere indvirkningen på systemets RAM. Denne hukommelse bruges dog udelukkende til ROPS, og på trods af fordelene ved GPU'en er det på grund af de enorme teksturkort, der bruges i dag, nødvendigt at få adgang til VRAM'en for at få teksturdataene.

Fantasy I, den første chiplet GPU

Den store nyhed ved Imagination B-Series brugt i Fantasy I er, at det er den første GPU, der består af chiplets, det vil sige forskellige chips, der arbejder sammen som en enkelt processor. For at gøre dette sendes skærmlisten til den første af de fire chiplets, der udgør GPU'en, mens de tre andre er underordnede. Det er en løsning, der ligner meget den, som AMD har foreslået i patenter med RDNA 3, og som helt sikkert vil være almindelig i alle GPU'er af denne type i fremtiden.

Denne løsning adskiller sig dog på et specifikt punkt, brugen af ​​rendering af fliser til at udføre det, der er pre-rendering og for at kunne have flere skærmlister ikke før rasterisering, men fra begyndelsen af ​​3D-pipelinen. Konceptet er intet andet end at gengive scenen uden shaders eller teksturer af nogen art og fra computerpipeline og ikke grafikken. Dette giver dig mulighed for at organisere flere lister med kommandoer og ikke kun én, der giver dig mulighed for at udnytte det store antal kerner under præ-rendering. Denne proces udføres automatisk, når kommandoprocessoren på den første GPU har læst skærmlisten.

Dette giver os mulighed for at have flere skærmlister for den samme scene, som kan organiseres efter de forskellige kerner. Sådan opnås det, at med en konfiguration på 2 chiplets hver er ansvarlig for den ene halvdel af skærmen, med 4 af dem er de fordelt på en fjerdedel.

Hvad har Innosilicon bragt til dit grafikkort?

Det er dog ikke alt arbejdet, der er blevet udført af folket i Imagination, men Innosilicon har været den, der har designet resten af ​​grafikkortet, tilføjet PCB-designet og valgt resten af ​​materialerne. Hvor det, der skiller sig mest ud, er brugen af ​​GDDR6- eller GDDR6X-hukommelser afhængigt af den model, der skal bruges, understøttelse af DisplayPort 1.5 og HDMI 2.1, men specifikt brugen af ​​dens Innolink-teknologi, som er designet til internt at kommunikere de fire chiplets, der udgør en del af GPU'en.

Konkret har vi to forskellige varianter, Type A-opkaldene kan nå 5 TFLOPS strøm i FP32 , den har et hukommelsesinterface med 128-bit GDDR6X VRAM ved 19 Gbps med en båndbredde på 304 GB/s. Type B har på den anden side to komplette GPU'er og består derfor af 8 chiplets i alt og dobbelt så mange

Innosilicon Fantasy I er ikke til din pc

Virkeligheden er, at du ikke vil være i stand til at købe Innosilicons Fantasy I-grafikkort for at bruge dem i din gaming-pc, og du vil heller ikke være interesseret, da Imagination designer sine arkitekturer til lommeenheder, hvor Windows er ikke det dominerende styresystem, og det er det heller ikke DirectX, for vi finder en række mangler. Det giver ingen mening at tilføje funktionalitet til din hardware, som din klient ikke kommer til at bruge, og den største klient af disse GPU'er, omend i det skjulte, er Apple og specifikt dets Metal API.

Ironisk nok er PowerVR så bundet til Metal, API'et brugt i iOS, macOS og resten af ​​Apples styresystemer, at Tim Cooks folk i sidste ende er endt med at underskrive en aftale med Imagination, så de kan fortsætte med at udvikle GPU'en integreret i deres processorer. Så i den nuværende Apple A15, M1 og dens Pro og Max-varianter er det, der er indeni, en PowerVR. Modstykket til dette er, at dem fra Cupertino har skabt den generelle idé om, at de er så almægtige, at de kan skabe al hardwaren i et system og konkurrere om ressourcer mod hele verden. Virkeligheden er meget anderledes.

Det faktum, at en GPU bestående af 4 chiplets når 6 TFLOPS, når input-området til PC allerede når, kan overraske os, men vi skal huske på, at det er et design designet til mobile processorer, men med det mål at nå cloud computing og må ikke bruges i en gaming-pc.

Designet til datacentre og cloud computing

Lad os ikke glemme, at på servere er det normalt at bruge flere processorer, og at vi har flere og flere servere baseret på smartphone-processorer. Vi kan heller ikke glemme tendensen til at virtualisere et grafikkort i skyen for flere klienter, i sagens natur kræver Fantasy I ikke virtualisering, hver af de chiplets, der udgør det, kan fungere som en lille GPU.

Så vi har en arkitektur, der stammer fra mobiler og skalerer op til datacentre, men uden at gå gennem det nabolag, der er pc'en. Det betyder, at den mangler en række funktioner, som i dag er essentielle for pc-spil. Det er derfor, på trods af at udseendet af Fantasy I kan minde om det fra en Gaming GPU, eller det ikke ser seriøst ud med de farver, er de virkelig til cloud computing, selvom det er en første generation. Går vi fremtiden i møde, hvor grafikkortet ikke er i hænderne på brugeren, men i serveren?

Under alle omstændigheder skal Kina som en rivaliserende supermagt i USA være helt uafhængig fra et teknologisk synspunkt, og det betyder at skabe sine egne løsninger uden for de klassiske fra NVIDIA, Intel og AMD, som vi husker er amerikanske virksomheder.