Innosilicon Fantasy I: архитектура и особенности

Говорить об архитектуре Imagination PowerVR почти все равно, что говорить о греческой трагедии. С момента его создания и в разных поколениях мы видели его на нескольких разных системах, таких как SEGA Dreamcast, графических картах KYRO от ST Micro и даже на PlayStation Вита. Их общая точка? Настоящие коммерческие провалы, несмотря на высокое качество графического процессора. Однако им посчастливилось оказаться на графической архитектуре процессоров Apple устройств, пока те из Купертино не решили пойти самостоятельно и на некоторое время «спроектировать» собственную графическую архитектуру.

Период разногласий между Apple и Imagination снова заставил британцев искать лицензии на свои графические архитектуры третьим сторонам. В настоящее время, если мы посмотрим на панораму как в смарт-устройствах, так и в мире ПК, мы увидим, как Imagination и ее PowerVR, похоже, исчезли.

Его отсутствие в Android мир был использован другими участниками, такими как ARM себя с Mali или Qualcomm со своим Adreno. Это заставило их перейти на другие рынки, например, китайский производитель Innosilicon, известный своими ASIC для майнинга, недавно представил свою Fantasy 1. Это первая видеокарта на базе PowerVR с начала Kyro 2000-х годов. , но смогут ли они конкурировать с NVIDIA и AMD в сегменте ПК?

Что такое тайловый рендеринг?

В конце 1990-х разработчикам видеокарт приходилось бороться за производительность с общей проблемой — нехваткой пропускной способности. Графические процессоры по сравнению с тем, какими они являются сегодня, были очень простыми. Первая часть 3D-конвейера, до растеризации, была рассчитана ЦП. Вторую часть изменений внесла графическая карта, которая требовала большой пропускной способности, которую память того времени не могла обеспечить без резкого роста затрат.

Решение, предложенное Imagination, заключалось в рендеринге с помощью Tiles, который по-прежнему остается основой его архитектуры, поэтому даже сегодня Fantasy I, когда геометрия вычисляется в самом графическом процессоре, добавляются дополнительные этапы по сравнению с обычным графическим процессором. Tile Renderer сортирует положение геометрии в Оперативная память на основе его положения в сцене непосредственно перед растрированием для создания отдельных списков отображения для каждого тайла, которые затем будут разрешаться один за другим в процессе рендеринга.

Преимущества

Из-за небольшого размера каждого блока или Тайла это позволяет решать его без обращения к VRAM, так как для этого используется внутренняя память. Это также делает его идеальным для отложенного рендеринга, который часто использует несколько буферов изображения для расчета освещения сцены. Другое его преимущество заключается в том, что, поскольку знание положения элементов в сцене необходимо для создания структуры пространственных данных для трассировки лучей, трассировку лучей проще реализовать в архитектуре этого типа.

Недостатки бонуса без депозита

Однако у этого есть два недостатка. Во-первых, для достижения той же производительности требуется более сложное аппаратное обеспечение, чем для обычного графического процессора, и, следовательно, мы всегда будем получать более низкую производительность для чипа того же размера, во-вторых, наличие высокоскоростной памяти, такой как GDDR или HBM сводит на нет свое преимущество в игровом ПК. Вот почему этот тип архитектуры стал стандартом для карманных устройств, где пропускная способность памяти по причинам потребления ограничена.

PowerVR B-Series, графическая архитектура Fantasy I

Чтобы понять архитектуру графических карт Fantasy I от Innosilicon, а также, кстати, то, что находится внутри процессоров Apple для их устройств, мы должны совершить экскурсию по текущей архитектуре Imagination, и хотя мы знаем, что недавно была представлена ​​серия C, также известный как Photon, в настоящее время самые передовые устройства используют B-серию Imagination в качестве архитектуры.

Ядро серии B

Организация каждого из этих ядер следующая:

• Четыре блока USC, Unified Shader Cluster, каждый из которых имеет до 128 ALU в FP32, всего 512 на ядро. Учитывая возможность выполнения инструкции сложения и умножения за один такт, он способен выполнять 1024 операции за такт.
• 8 текстурных блоков, каждый из которых может создавать 4 текселя, всего 32.
• 16 РОП.
• 1 блок тесселяции.
• 1 растровая единица.

Каждое из ядер отвечает исключительно за плитку или блок на экране независимо от остальных. Следовательно, каждый из них имеет свои собственные единицы растра и тесселяции. В дополнение к небольшой внутренней памяти, чтобы разрешить буфер изображения внутри него и уменьшить влияние на системную оперативную память. Однако эта память используется исключительно для ROPS и, несмотря на преимущества графического процессора, из-за используемых сегодня огромных текстурных карт для получения текстурных данных необходим доступ к видеопамяти.

Fantasy I, первый чипсет GPU

Большой новинкой Imagination B-Series, используемой в Fantasy I, является тот факт, что это первый GPU, состоящий из чиплетов, то есть разных чипов, которые работают вместе как единый процессор. Для этого список экранов отправляется на первый из четырех чиплетов, входящих в состав GPU, а остальные три являются подчиненными. Это решение очень похоже на то, которое AMD предложила в патентах с RDNA 3, и которое, несомненно, будет распространено во всех графических процессорах этого типа в будущем.

Однако это решение отличается специфическим моментом, использованием рендеринга тайлами для выполнения того, что является предварительным рендерингом, и возможностью иметь несколько списков экранов не до растеризации, а с начала 3D-конвейера. Концепция состоит не в чем ином, как в рендеринге сцены без каких-либо шейдеров или текстур и из вычислительного конвейера, а не из графики. Это позволяет вам организовать несколько списков команд, а не только один, который позволит вам использовать большое количество ядер во время предварительного рендеринга. Этот процесс выполняется автоматически после того, как командный процессор первого графического процессора прочитает список экранов.

Это позволяет нам иметь несколько списков экранов для одной и той же сцены, которые могут быть организованы по разным ядрам. Так достигается то, что при конфигурации из 2 чиплетов каждый отвечает за одну половину экрана, при 4 из них они распределены по четверти.

Что Innosilicon привнесла в вашу видеокарту?

Однако не вся работа была сделана людьми из Imagination, но Innosilicon разработал остальную часть видеокарты, добавил дизайн печатной платы и выбрал остальные материалы. Что больше всего выделяется, так это использование памяти GDDR6 или GDDR6X в зависимости от используемой модели, поддержка DisplayPort 1.5 и HDMI 2.1, но особенно использование технологии Innolink, которая была разработана для внутренней связи между четырьмя чипсетами, которые составляют часть графического процессора.

В частности, у нас есть два разных варианта, звонки типа А могут достигать 5 TFLOPS мощности в FP32 , он имеет интерфейс памяти со 128-битной видеопамятью GDDR6X на скорости 19 Гбит/с с пропускной способностью 304 ГБ/с. Тип B, с другой стороны, имеет два полных графических процессора и, следовательно, состоит из 8 чиплетов, что удваивает количество.

Innosilicon Fantasy I не для вашего ПК

Реальность такова, что вы не сможете купить графические карты Fantasy I от Innosilicon, чтобы использовать их в своем игровом ПК, и вам это не будет интересно, поскольку Imagination разрабатывает свою архитектуру для карманных устройств, где Windows не является доминирующей операционной системой и не является DirectX, потому что мы находим ряд недостатков. Нет смысла добавлять в ваше оборудование функциональность, которую ваш клиент не собирается использовать, а крупнейшим клиентом этих графических процессоров, пусть и негласно, является Apple и, в частности, ее Metal API.

По иронии судьбы, PowerVR настолько привязан к Metal, что API, используемый в iOS, macOS и остальные операционные системы Apple, что, в конце концов, люди Тима Кука подписали соглашение с Imagination, чтобы они могли продолжить разработку графического процессора, интегрированного в их процессоры. Итак, в нынешних Apple A15, M1 и их вариантах Pro и Max внутри находится PowerVR. Обратной стороной этого является то, что те из Купертино создали общую идею о том, что они настолько всемогущи, что могут создавать все оборудование в системе и конкурировать за ресурсы со всем миром. Реальность совсем другая.

Тот факт, что графический процессор, состоящий из 4 чиплетов, достигает 6 TFLOPS, когда диапазон ввода для ПК уже достигает, может нас удивить, но мы должны помнить, что это дизайн, разработанный для мобильных процессоров, но с целью достижения облачных вычислений. и не для использования в игровом ПК.

Предназначен для центров обработки данных и облачных вычислений

Не будем забывать, что в серверах нормально использовать несколько процессоров и что у нас появляется все больше и больше серверов на базе процессоров для смартфонов. Также нельзя забывать о тенденции виртуализации видеокарты в облаке для нескольких клиентов, по своей природе Fantasy I не требует виртуализации, каждый из составляющих ее чиплетов может работать как небольшой GPU.

Таким образом, у нас есть архитектура, основанная на мобильных устройствах и масштабируемая до центров обработки данных, но не затрагивающая окрестности ПК. Это означает, что в нем отсутствует ряд функций, которые сегодня необходимы для компьютерных игр. Вот почему, несмотря на то, что внешний вид Fantasy I может напоминать внешний вид игрового GPU или он не выглядит серьезным с такими цветами, они действительно предназначены для облачных вычислений, хотя это первое поколение. Нас ждет будущее, в котором видеокарта находится не в руках пользователя, а в сервере?

В любом случае Китаю как сверхдержаве-сопернику США необходимо быть полностью независимым с технологической точки зрения, а это означает создание собственных решений помимо классических от NVIDIA, Intel и AMD, которые, как мы помним, являются американскими компаниями.