Innosilicon Fantasy I: arkitektur og funksjoner

Å snakke om Imaginations PowerVR-arkitektur er nesten som å snakke om en gresk tragedie. Siden starten og på tvers av forskjellige generasjoner har vi sett den på flere forskjellige systemer som SEGA Dreamcast, ST Micros KYRO-grafikkort, og til og med PlayStation Vita. Poenget deres til felles? Autentiske kommersielle feil til tross for den høye kvaliteten på GPUen. Imidlertid var de heldige nok til å være grafikkarkitekturen til prosessorene til eple enheter, helt til de fra Cupertino bestemte seg for å gå på egenhånd og "designe" sin egen grafikkarkitektur en stund.

Perioden med uenighet mellom Apple og Imagination førte nok en gang til at britene forsøkte å lisensiere sine grafikkarkitekturer til tredjeparter. For øyeblikket, hvis vi ser på panoramaet både i smartenheter og i PC-verdenen, vil vi se hvordan Imagination og PowerVR ser ut til å ha forsvunnet.

Dens fravær i Android verden har blitt utnyttet av andre deltakere, som f.eks ARM seg selv med Mali eller Qualcomm med sin Adreno. Dette har fått dem til å flytte til andre markeder, slik som den kinesiske produsenten Innosilicon, kjent for sine ASIC-er for gruvedrift, var den som for ikke lenge siden presenterte sin Fantasy 1. Det er det første grafikkortet basert på en PowerVR siden tidlig på Kyro 2000-tallet. , men kan de konkurrere mot NVIDIA og AMD på PC-plassen?

Hva er flisgjengivelse?

På slutten av 1990-tallet måtte grafikkortdesignere kjempe om ytelsen med et vanlig problem, mangel på båndbredde. Grafikkprosessorer sammenlignet med hvordan de er i dag var veldig enkle. Den første delen av 3D-rørledningen, før rasterisering, ble beregnet av prosessor. Den andre delen i endring ble utført av grafikkortet, som krevde store mengder båndbredde som datidens minne ikke kunne gi uten skyhøye kostnader.

Løsningen som ble foreslått av Imagination var gjengivelsen av Tiles, som fortsatt beholder å være grunnlaget for arkitekturen, så selv i dag er Fantasy I når geometrien er beregnet i selve GPUen, ytterligere trinn blir lagt til sammenlignet med en konvensjonell GPU. En Tile Renderer sorterer posisjonen til geometrien RAM basert på posisjonen i scenen rett før rasterisering for å lage individuelle visningslister for hver flis som den deretter vil løse en etter en under gjengivelsesprosessen.

Fordeler

På grunn av den lille størrelsen på hver blokk eller Tile, gjør dette at det kan løses uten å måtte få tilgang til VRAM, siden de bruker internminne til dette. Dette gjør den også ideell for lat gjengivelse som ofte bruker flere bildebuffere for å beregne belysningen av scenen. Den andre fordelen er at siden det å kjenne posisjonen til elementene i scenen er avgjørende for å generere den romlige datastrukturen for Ray Tracing, er det lettere å implementere ray tracing i denne typen arkitektur.

Ulemper

Dette har imidlertid to ulemper. Den første er at den krever mer kompleks maskinvare enn en konvensjonell GPU for å oppnå samme ytelse, og derfor vil vi alltid oppnå lavere ytelse for en brikke av samme størrelse, den andre er at eksistensen av minne med høy hastighet som GDDR eller HBM eliminerer fordelen i en spill-PC. Derfor har denne typen arkitektur blitt standard i lommeenheter, hvor minnebåndbredden av forbrukshensyn er begrenset.

PowerVR B-Series, den grafiske arkitekturen til Fantasy I

For å forstå arkitekturen til Innosilicons Fantasy I-grafikkort, og for øvrig også hva som er inne i Apples prosessorer for enhetene, må vi ta en omvisning i den nåværende arkitekturen til Imagination, og selv om vi vet at den nylig har blitt presentert The C Series, også kjent som Photon, for øyeblikket bruker de mest avanserte enhetene Imaginations B-serie som arkitektur.

Kjernen i B-serien

Organiseringen av hver av disse kjernene er som følger:

• Fire USC-blokker, Unified Shader Cluster, der hver har opptil 128 ALU-er i FP32 for totalt 512 per kjerne. Gitt muligheten til å utføre en addisjons- og multipliserinstruksjon i en enkelt klokkesyklus, er den i stand til å utføre 1024 operasjoner per klokkesyklus.
• 8 teksturenheter, hver i stand til å produsere 4 texel, for totalt 32.
• 16 ROPS.
• 1 tesselasjonsenhet.
• 1 rasterenhet.

Hver av kjernene er eksklusivt ansvarlige for en flis eller blokk på skjermen uavhengig av resten. Derfor har hver av dem sine egne raster- og tessellasjonsenheter. I tillegg til å bære et lite internt minne for å løse bildebufferen inne i det og redusere innvirkningen på systemets RAM. Dette minnet brukes imidlertid utelukkende for ROPS, og til tross for fordelene med GPU, på grunn av de enorme teksturkartene som brukes i dag, er det nødvendig å få tilgang til VRAM for å få teksturdata.

Fantasy I, den første chiplet-GPUen

Den store nyheten til Imagination B-Series brukt i Fantasy I er det faktum at det er den første GPUen som er bygd opp av brikker, det vil si forskjellige brikker som fungerer sammen som en enkelt prosessor. For å gjøre dette sendes skjermlisten til den første av de fire brikkene som utgjør GPUen, mens de tre andre er underordnet. Det er en løsning som ligner veldig på den som AMD har foreslått i patenter med RDNA 3 og som helt sikkert vil være vanlig i alle GPUer av denne typen i fremtiden.

Imidlertid skiller denne løsningen seg på et spesifikt punkt, bruken av rendering av fliser for å utføre det som er pre-rendering og for å kunne ha flere skjermlister ikke før rasterisering, men fra begynnelsen av 3D-pipeline. Konseptet er ingen ringere enn å gjengi scenen uten shaders eller teksturer av noe slag og fra databehandlingsrørledningen og ikke grafikken. Dette lar deg organisere flere lister med kommandoer og ikke bare en som lar deg utnytte det store antallet kjerner under forhåndsgjengivelse. Denne prosessen utføres automatisk når kommandoprosessoren til den første GPUen har lest skjermlisten.

Dette gjør at vi kan ha flere skjermlister for samme scene som kan organiseres etter de forskjellige kjernene. Dette er hvordan det oppnås at med en konfigurasjon på 2 brikker hver har ansvaret for halvparten av skjermen, med 4 av dem er de fordelt på en fjerdedel.

Hva har Innosilicon tilført grafikkortet ditt?

Imidlertid har ikke alt arbeidet blitt gjort av folket i Imagination, men Innosilicon har vært den som har designet resten av grafikkortet, lagt til PCB-designet og valgt resten av materialene. Der det som skiller seg mest ut er bruken av GDDR6- eller GDDR6X-minner avhengig av modellen som skal brukes, støtte for DisplayPort 1.5 og HDMI 2.1, men spesifikt bruken av Innolink-teknologien, som er designet for internt å kommunisere de fire brikkene som utgjør en del av GPUen.

Nærmere bestemt har vi to forskjellige varianter, Type A-samtalene kan nå 5 TFLOPS strøm i FP32 , den har et minnegrensesnitt med 128-biters GDDR6X VRAM på 19 Gbps med en båndbredde på 304 GB/s. Type B, på den annen side, har to komplette GPUer og består derfor av totalt 8 chiplets og dobbelt så mange

Innosilicon Fantasy I er ikke for din PC

Realiteten er at du ikke vil kunne kjøpe Innosilicons Fantasy I-grafikkort for å bruke dem i din spill-PC, og du vil heller ikke være interessert, siden Imagination designer arkitekturene sine for lommeenheter der Windows er ikke det dominerende operativsystemet, og det er det heller ikke DirectX, fordi vi finner en rekke mangler. Det gir ingen mening å legge til funksjonalitet til maskinvaren som klienten din ikke kommer til å bruke, og den største klienten til disse GPUene, om enn skjult, er Apple og spesifikt dets Metal API.

Ironisk nok er PowerVR så knyttet til Metal, API-en som brukes i iOS, macOS og resten av Apples operativsystemer, at til slutt har Tim Cooks folk endt opp med å signere en avtale med Imagination slik at de kan fortsette å utvikle GPUen integrert i prosessorene deres. Så i den nåværende Apple A15, M1 og dens Pro og Max-varianter, er det en PowerVR inne. Motstykket til dette er at de fra Cupertino har skapt den generelle ideen om at de er så allmektige at de kan lage all maskinvaren i et system og konkurrere om ressurser mot hele verden. Virkeligheten er veldig annerledes.

Det faktum at en GPU som består av 4 brikker når 6 TFLOPS når inngangsområdet for PC allerede når det kan overraske oss, men vi må huske på at det er et design designet for mobile prosessorer, men med mål om å nå cloud computing og skal ikke brukes i en spill-PC.

Designet for datasentre og cloud computing

La oss ikke glemme at i servere er det normalt å bruke flere prosessorer og at vi har flere og flere servere basert på smarttelefonprosessorer. Vi kan heller ikke glemme tendensen til å virtualisere et grafikkort i skyen for flere klienter, etter sin natur krever ikke Fantasy I virtualisering, hver av brikkene som utgjør den kan fungere som en liten GPU.

Så vi har en arkitektur som stammer fra mobiler og skalerer opp til datasentre, men uten å gå gjennom nabolaget som er PC-en. Dette betyr at den mangler en rekke funksjoner som i dag er essensielle for PC-spill. Det er derfor, til tross for at utseendet til Fantasy I kan minne om det til en Gaming GPU, eller det ikke ser seriøst ut med de fargene, er de virkelig for cloud computing, selv om det er en første generasjon. Går vi fremtiden i møte hvor grafikkortet ikke er i hendene på brukeren, men på serveren?

Uansett må Kina som en rivaliserende supermakt i USA være helt uavhengig fra et teknologisk synspunkt, og dette betyr å skape sine egne løsninger utenom de klassiske fra NVIDIA, Intel og AMD, som vi husker er amerikanske selskaper.