Quando parliamo di GPU nei PC, di solito chiamiamo tre aziende americane: AMD, NVIDIA e, in misura minore, Intel. Cosa accadrebbe se ti dicessimo che in Cina stanno comparendo schede grafiche che fanno uso della tecnologia britannica nel loro GPU, ma assemblato e prodotto in Cina? In questo articolo descriveremo l'architettura di Innosilicon Fantasy I.
Parlare delle architetture PowerVR di Imagination è quasi come parlare di una tragedia greca. Fin dal suo inizio e attraverso diverse generazioni, l'abbiamo visto su diversi sistemi come il SEGA Dreamcast, le schede grafiche KYRO di ST Micro e persino il PlayStation Vita. Il loro punto in comune? Autentici fallimenti commerciali nonostante l'alta qualità della sua GPU. Tuttavia, hanno avuto la fortuna di essere l'architettura grafica dei processori di Apple dispositivi, fino a quando quelli di Cupertino hanno deciso di mettersi in proprio e di “progettare” la propria architettura grafica per un po'.
Il periodo di disaccordo tra Apple e Imagination portò ancora una volta gli inglesi a cercare di concedere in licenza le proprie architetture grafiche a terzi. Attualmente, se osserviamo il panorama sia nei dispositivi smart che nel mondo PC, vedremo come Imagination e il suo PowerVR sembrano essere scomparsi.
La sua assenza nel Android mondo è stato sfruttato da altri partecipanti, come ARM stesso con il Mali o Qualcomm con la sua Adreno. Questo li ha fatti spostare in altri mercati, come il produttore cinese Innosilicon, famoso per i suoi ASIC per il mining, è stato colui che non molto tempo fa ha presentato il suo Fantasy 1. È la prima scheda grafica basata su un PowerVR dai primi anni 2000 di Kyro , ma possono competere con NVIDIA e AMD nello spazio PC?
Che cos'è il rendering piastrellato?
Alla fine degli anni '1990, i progettisti di schede grafiche hanno dovuto lottare per le prestazioni con un problema comune, la mancanza di larghezza di banda. I processori grafici rispetto a come sono oggi erano molto semplici. La prima parte della pipeline 3D, prima della rasterizzazione, è stata calcolata dal CPU. La seconda parte di cambiamento è stata effettuata dalla scheda grafica, che richiedeva grandi quantità di banda che la memoria dell'epoca non poteva fornire senza costi alle stelle.
La soluzione proposta da Imagination era il rendering di Tiles, che conserva ancora essere la base della sua architettura, per cui ancora oggi il Fantasy I una volta calcolata la geometria nella GPU stessa, vengono aggiunti degli stadi aggiuntivi rispetto ad una GPU convenzionale. Un Tile Renderer ordina la posizione della geometria RAM in base alla sua posizione nella scena appena prima della rasterizzazione per creare elenchi di visualizzazione individuali per ogni riquadro che verranno poi risolti uno per uno durante il processo di rendering.
Vantaggi
A causa delle dimensioni ridotte di ogni blocco o Tile, ciò consente di risolverlo senza dover accedere alla VRAM, poiché per questo utilizzano la memoria interna. Questo lo rende ideale anche per il rendering pigro che spesso utilizza più buffer di immagini per calcolare l'illuminazione della scena. L'altro vantaggio è che, poiché conoscere la posizione degli elementi nella scena è essenziale per generare la struttura dei dati spaziali per il Ray Tracing, è più facile implementare il ray tracing in questo tipo di architettura.
Svantaggi
Tuttavia, questo ha due inconvenienti. Il primo è che richiede hardware più complesso di una GPU convenzionale per ottenere le stesse prestazioni e, quindi, otterremo sempre prestazioni inferiori per un chip della stessa dimensione, il secondo è che l'esistenza di memoria ad alta velocità come GDDR o HBM elimina il suo vantaggio in un PC da gioco. Ecco perché questo tipo di architettura è diventato standard nei dispositivi tascabili, dove la larghezza di banda della memoria per motivi di consumo è limitata.
PowerVR B-Series, l'architettura grafica di Fantasy I
Per capire l'architettura delle schede grafiche Fantasy I di Innosilicon, e per inciso anche cosa c'è all'interno dei processori Apple per i suoi dispositivi, dobbiamo fare un tour dell'attuale architettura di Imagination e anche se sappiamo che è stato recentemente presentato The C Series, anche noto come Photon, al momento i dispositivi più avanzati utilizzano come architettura la B-Series di Imagination.
Il cuore della serie B
L'organizzazione di ciascuno di questi nuclei è la seguente:
- Quattro blocchi USC, Unified Shader Cluster, dove ciascuno ha fino a 128 ALU in FP32 per un totale di 512 per core. Data la possibilità di eseguire un'istruzione di aggiunta e moltiplicazione in un singolo ciclo di clock, è in grado di eseguire 1024 operazioni per ciclo di clock.
- 8 unità texture, ciascuna in grado di produrre 4 texel, per un totale di 32.
- 16 ROPS.
- 1 unità di tassellatura.
- 1 unità raster.
Ciascuno dei core è esclusivamente responsabile di una tessera o di un blocco sullo schermo indipendentemente dal resto. Quindi, ognuno di essi ha le proprie unità raster e tassellazione. Oltre a trasportare una piccola memoria interna per risolvere il buffer dell'immagine al suo interno e ridurre l'impatto sulla RAM di sistema. Tuttavia, questa memoria viene utilizzata esclusivamente per il ROPS e nonostante i vantaggi della GPU, a causa delle enormi texture map utilizzate oggi, è necessario accedere alla VRAM per ottenere i dati delle texture.
Fantasy I, la prima GPU chiplet
La grande novità della Imagination B-Series utilizzata in Fantasy I è il fatto che è la prima GPU composta da chiplet, ovvero diversi chip che lavorano insieme come un unico processore. Per fare ciò, l'elenco delle schermate viene inviato al primo dei quattro chiplet che compongono la GPU, mentre gli altri tre sono subordinati. Si tratta di una soluzione molto simile a quella che AMD ha proposto nei brevetti con RDNA 3 e che sicuramente sarà comune a tutte le GPU di questo tipo in futuro.
Tuttavia, questa soluzione differisce in un punto specifico, l'uso del rendering per tile per eseguire ciò che è il pre-rendering e per poter avere più elenchi di schermate non prima della rasterizzazione, ma dall'inizio della pipeline 3D. Il concetto non è altro che rendere la scena senza shader o texture di alcun tipo e dalla pipeline di calcolo e non dalla grafica. Questo ti permette di organizzare più liste di comandi e non solo una che ti permetterà di sfruttare il gran numero di core durante il pre-rendering. Questo processo viene eseguito automaticamente una volta che il processore dei comandi della prima GPU ha letto l'elenco delle schermate.
Questo ci consente di avere diversi elenchi di schermate per la stessa scena che possono essere organizzati dai diversi core. È così che si ottiene che con una configurazione di 2 chiplet ciascuno si occupa di metà dello schermo, con 4 di essi sono distribuiti in un quarto.
Cosa ha apportato Innosilicon alla tua scheda grafica?
Tuttavia, non tutto il lavoro è stato svolto dalle persone di Imagination, ma Innosilicon è stato colui che ha progettato il resto della scheda grafica, aggiungendo il design del PCB e scegliendo il resto dei materiali. Dove spicca maggiormente l'utilizzo di memorie GDDR6 o GDDR6X a seconda del modello da utilizzare, il supporto a DisplayPort 1.5 e HDMI 2.1, ma nello specifico l'utilizzo della sua tecnologia Innolink, che è stata pensata per comunicare internamente i quattro chiplet che fanno parte della GPU.
Nello specifico, abbiamo due diverse varianti, che le chiamate di tipo A possono raggiungere 5 TFLOPS di potenza nella FP32 , ha un'interfaccia di memoria con la VRAM GDDR128X a 6 bit a 19 Gbps con una larghezza di banda di 304 GB/s. Il tipo B, invece, ha due GPU complete e, quindi, è composto da 8 chiplet in totale e il doppio dei numeri
Innosilicon Fantasy Non sono per il tuo PC
La realtà è che non potrai acquistare le schede grafiche Fantasy I di Innosilicon per utilizzarle nel tuo PC da gioco, né saresti interessato, dal momento che Imagination progetta le sue architetture per dispositivi tascabili dove Windows non è il sistema operativo dominante e nemmeno DirectX, perché troviamo una serie di carenze. Non ha senso aggiungere funzionalità al tuo hardware che il tuo client non utilizzerà e il client più grande di queste GPU, anche se di nascosto, è Apple e in particolare la sua API Metal.
Ironia della sorte, PowerVR è così legato a Metal, l'API utilizzata in iOS, macOS e il resto dei sistemi operativi Apple, che alla fine gli uomini di Tim Cook hanno finito per firmare un accordo con Imagination in modo da poter continuare a sviluppare la GPU integrata nei loro processori. Quindi nell'attuale Apple A15, M1 e nelle sue varianti Pro e Max, quello che c'è dentro è un PowerVR. La controparte è che quelli di Cupertino hanno creato l'idea generale di essere così onnipotenti da poter creare tutto l'hardware in un sistema e competere per le risorse contro il mondo intero. La realtà è molto diversa.
Il fatto che una GPU composta da 4 chiplet raggiunga i 6 TFLOPS quando il range di input per PC lo raggiunge già potrebbe sorprenderci, ma dobbiamo tenere presente che si tratta di un design pensato per processori mobili, ma con l'obiettivo di raggiungere il cloud computing e da non utilizzare in un PC da gioco.
Progettato per data center e cloud computing
Non dimentichiamo che nei server è normale utilizzare più processori e che abbiamo sempre più server basati su processori per smartphone. Né si può dimenticare la tendenza a virtualizzare una scheda grafica in cloud per più client, per sua natura la Fantasy I non necessita di virtualizzazione, ognuna delle chiplet che la compongono può funzionare come una piccola GPU.
Quindi abbiamo un'architettura che deriva dai dispositivi mobili e scalabile fino ai data center, ma senza passare per il quartiere che è il PC. Ciò significa che manca una serie di funzionalità che oggi sono essenziali per i giochi per PC. Ecco perché, nonostante l'aspetto delle Fantasy I possa ricordare quello di una GPU da gioco o non sembri serio con quei colori, sono davvero per il cloud computing, sebbene sia una prima generazione. Siamo di fronte al futuro in cui la scheda grafica non è nelle mani dell'utente, ma nel server?
In ogni caso, la Cina come superpotenza rivale degli Stati Uniti ha bisogno di essere totalmente indipendente dal punto di vista tecnologico e questo significa creare le proprie soluzioni al di fuori di quelle classiche di NVIDIA, Intel e AMD, che ricordiamo sono aziende americane.
