Inhalt

• Benennung
• Verständnis der Modellnummern
• Kerne, Ausführungseinheiten, ALUs
• Die GPU-Landschaft verändert sich
• Einpacken

Wenn es um Smartphones geht, verwenden die meisten Android-Geräte Grafikprozessoren (GPUs) von Qualcomm (Adreno) oder Arm (Mali), aber wie Yoda sagen würde, gibt es noch eine andere.

Vielleicht haben Sie den Namen PowerVR in Bezug auf einige Android-Prozessoren bemerkt. PowerVR ist eine GPU-Serie von Imagination Technologies. Der MediaTek Helio P90-Prozessor verwendet den PowerVR GM9446, der MediaTek Helio X30 den PowerVR 7XTP-MT4 und der Helio P22 den PowerVR GE8320. Andere MediaTek-Prozessoren, darunter der Helio P35, der Helio X10 und der MT8183 (im Amazon Kindle Fire HD enthalten), verwenden ebenfalls PowerVR-GPUs.

Es ist auch nicht nur MediaTek. Der Unisoc SC9861G-IA verwendet den PowerVR GT7200. Die Intel Atom-Reihe verfügt über mehrere Modelle mit PowerVR-GPUs. PowerVR ist auch in Prozessoren von Allwinner und Rockchip zu finden.

Der Elefant im Raum ist Apple. Bis vor kurzem hat Apple die GPUs von Imagination in die Prozessoren der A-Serie integriert. Der Apple A4-Prozessor des iPhone 4 verwendete den PowerVR SGX 535. Der A5 und der A6 verwendeten den PowerVR SGX543, der A7 den PowerVR G6430, der A8 den GX6450 und der A9 den GT7600. Und hier endete alles ziemlich abrupt. Während das A10 wahrscheinlich eine Art benutzerdefinierte Hybrid-GPU verwendete, änderte sich Apples Beziehung zu Imagination drastisch. Das Ergebnis war ein Umbruch für das Unternehmen auf kommerzieller Ebene. An der Spitze gab es Veränderungen (CEO und CFO), das Unternehmen verkaufte seinen MIPS-CPU-Bereich und schließlich wurde der Rest des Unternehmens von Canyon Bridge, einem auf China fokussierten Private-Equity-Fonds, übernommen.

Der Elefant im Raum ist Apple.

PowerVR-GPUs sind jedoch nicht ausgefallen und haben möglicherweise eine glänzende Zukunft. GPUs sind nicht nur in Smartphones zu finden. Alle Arten von Geräten wie Set-Top-Boxen, Smart-TVs, Auto-Infotainmentsystemen und medizinischen Geräten verwenden GPUs. Zweitens bedeutet die fortgesetzte Verwendung von PowerVR-GPUs in neuen Prozessoren wie dem Helio P90, dass SoC-Hersteller die PowerVR-GPU weiterhin als praktikable Option betrachten. Drittens ändert sich die aktuelle GPU-Landschaft, und wenn Imagination die Welle reiten kann, könnte sie die Nase vorn haben. Dazu später mehr.

Benennung

Dinge zu benennen ist immer schwierig, aber einige Unternehmen sind besser als andere. Die Benennungsschemata der GPU von Qualcomm und Arm sind relativ einfach. Das Namensschema der Imagination GPU ist etwas differenzierter!

Die erste wichtige Information ist, dass das Unternehmen derzeit über zwei wichtige GPU-Architekturen verfügt: Rogue und Furian. Die ersten Rogue-basierten GPUs wurden 2012 mit den PowerVR Series6-GPUs veröffentlicht. Die Rogue-Architektur wurde im Laufe der Jahre optimiert und weiterentwickelt und diente als Grundlage für alle Imaginations-GPUs bis einschließlich der GPUs der Serien 9XE und 9XM 2017.

Furian ist eine neuere GPU-Architektur, die erste Überarbeitung von Imagination seit 2012. Derzeit sind zwei Furian-GPUs verfügbar, die PowerVR GT8525 und die PowerVR GT8540. Beide sind Teil der PowerVR Series8XT-Reihe, was ein wenig verwirrend ist, da die Series9XE- und XM-GPUs die ältere Rogue-Architektur verwenden, ebenso wie die Series8XE und Series8XE Plus. Derzeit verwenden keine angekündigten mobilen Prozessoren eine Furian-GPU.

Verständnis der Modellnummern

PowerVR-GPUs verwenden im Allgemeinen vierstellige Modellnummern. Die GPU im Helio P90 ist das GM9446, während das Helio P22 das GE8320 verwendet. Was bedeuten all diese Zahlen?

Die erste Ziffer ist die Seriennummer. Alle Prozessoren der Series8XE- und XE Plus-Reihe beginnen mit einer 8. Die Prozessoren der Series9-Reihe beginnen mit einer Neun und so weiter.

Die zweite Ziffer gibt an, wie viele Pixel pro Takt verarbeitet werden. Im Allgemeinen entspricht die angegebene Anzahl der Hälfte der tatsächlichen Pixelrate. "4" bedeutet also acht Pixel pro Takt, "2" bedeutet vier Pixel pro Takt und "1" bedeutet zwei Pixel pro Takt.

Das Unternehmen verfügt derzeit über zwei wichtige GPU-Architekturen: Rogue und Furian.

Die dritte Ziffer gibt die Rechenleistung der GPU an. Einige GPU-Hersteller geben die Anzahl der „Kerne“ in der GPU an.Der Begriff „Kern“ steht einer kreativen Buchhaltung und auch einer technischen Handbewegung offen, was bedeutet, dass sich ein Anbieter von einem „Kern“ von einem anderen unterscheidet. Ich werde mich gleich etwas eingehender mit diesem Thema befassen, aber je höher die dritte Ziffer, desto höher die Leistung. Die Raten unterscheiden sich in jeder Generation, aber für die Series9-GPUs:

• 1 = 64 FP16-FLOPs / Takt
• 2 = 128 FP16-FLOPs / Takt
• 4 = 256 FP16-FLOPs / Takt

Die letzte Ziffer ist ein Feature-Flag. Zum Beispiel unterstützt der GE8322 (beachten Sie die beiden am Ende) die PVRIC-Frame-Buffer-Komprimierung (der verlustfreie Komprimierungs- und Dekomprimierungsalgorithmus von PowerVR), während der GE8340 (beachten Sie die Null) dies nicht unterstützt.

Kerne, Ausführungseinheiten, ALUs

Vor langer Zeit verwendeten GPUs in einem weit entfernten Universum zwei verschiedene Shader-Typen. Die Vertex-Shader, die für die Transformationen einer Liste von Punkten (Vertices) von der 3D-Welt in die 2D-Welt eines Flachbildschirms verantwortlich waren. und Pixel-Shader, die die Farbe eines Pixels basierend auf Beleuchtungs- und Texturinformationen berechnen. Diese Shader waren programmierbar und im Allgemeinen gab es mehr Pixel-Shader als Vertex-Shader.

Die Shader werden als Kerne bekannt, und mit dem Aufkommen des Unified Shader-Modells, bei dem ein Shader als Vertex-Shader oder Pixel-Shader fungieren kann, wurde der Begriff Core noch beliebter.

Mit der Weiterentwicklung der GPU-Designs begann sich die Form dieser Kerne zu verändern. Zuvor enthielt ein einzelner Shader-Core die gesamte erforderliche Logik, einschließlich der Planung, Ausführung und des Versands der Anweisungen, die auf dem Shader ausgeführt wurden (weil sie programmierbar waren). Um den Durchsatz zu erhöhen, haben GPU-Designer damit begonnen, bestimmte Teile des Shader-Designs zu vergrößern, wodurch sie in der Mitte „fetter“ wurden. Dies könnte den Durchsatz eines Shader-Cores verdoppeln oder vervierfachen, aber jetzt stellt sich die Frage, ob ein Core mit vier Ausführungseinheiten oder vier Cores vorhanden sein soll.

In PowerVR-GPUs werden die Bits, die die eigentliche Berechnung durchführen, als Arithmetic Logic Unit (ALUs) bezeichnet. Sie sind in 16-Bit- und 32-Bit-Versionen erhältlich und in Clustern zusammengefasst.

Der PowerVR GX6650 verfügt über sechs Cluster mit insgesamt 192 32-Bit-ALU-Kernen (FP32). Sollte er als 192-Core-GPU bezeichnet werden? Vielleicht ist das Namensschema von Imagination doch der beste Ansatz!

Die GPU-Landschaft verändert sich

GPUs hatten früher nur einen Job und nur einen Job, 3D-Grafiken, aber die Zeiten ändern sich. GPUs bewältigen jetzt alle Arten von hochparallelen Aufgaben im wissenschaftlichen Rechnen und im maschinellen Lernen. Das meiste passiert immer noch auf Supercomputern oder auf Maschinen, die mit mehreren High-End-Grafikkarten ausgestattet sind. Es beginnt jedoch, auf mobile GPUs herunterzusickern. Moderne Flaggschiff-Smartphones können Inferenzmodelle für neuronale Netze ausführen, beispielsweise für die Objekterkennung in der Kamera-App. Android selbst hat jetzt eine neuronale Netzwerk-API, die die GPU verwenden kann, wenn die richtigen Treiber verfügbar sind.

PowerVR-GPUs sind Teil dieser sich verändernden Landschaft und kompatibel mit OpenCL und dem neuronalen Netzwerk HAL von Android. Wenn das Ausführen eines neuronalen Netzwerks auf der GPU nicht ausreicht, verfügt Imagination auch über einen Beschleuniger für neuronale Netzwerke, der das neuronale Netzwerk von Android (HAL, Caffe und TensorFlow) unterstützt.

Und dann gibt es Raytracing.

Dann gibt es Raytracing. Nvidia sorgte kürzlich mit seinen Desktop-GPUs für Schlagzeilen, mit denen Raytracing in Echtzeit durchgeführt werden kann. Als Auffrischung ist Raytracing eine Technik, die den Weg von Lichtstrahlen durch eine 3D-Umgebung „nachzeichnet“. Es zielt darauf ab, die tatsächliche Physik des Lichts genau nachzuahmen. Das Ergebnis sind sehr realistische Licht-, Schatten-, Reflexions- und Brechungseffekte.

Imagination ist seit Jahren führend im Bereich hardwarebasiertes Raytracing, und obwohl es noch nicht in den mobilen Prozessoren des Unternehmens enthalten ist, gewinnt es auf dem Desktop definitiv an Bedeutung. Imagination verkauft derzeit keine Raytracing-Grafikkarten für Desktops, hat jedoch einige Proof-of-Concept-Mobilhardware hergestellt, darunter die PowerVR GR6500.

Sie fragen sich vielleicht, wie ein Unternehmen, das keine echte Raytracing-Hardware verkauft, "führend im hardwarebasierten Raytracing" sein kann. Die Antwort lautet "Geistiges Eigentum". Bei der Fantasie werden keine Chips hergestellt. Die gesamte GPU-Technologie wird von Chipherstellern wie MediaTek lizenziert und zusammen mit einer CPU und anderen Komponenten in mobile Prozessoren integriert.

Das gleiche gilt wahrscheinlich für die Raytracing-Hardwaretechniken und -Technologie. Imagination hat keine öffentlichen Ankündigungen darüber gemacht, wer seine Raytracing-Technologie lizenziert, aber wir können spekulieren!

Der Markt für mobile GPUs ist fließend. Verträge werden gewonnen und Verträge gehen verloren. Hersteller mobiler Prozessoren sind stets auf der Suche nach einem Wettbewerbsvorteil in Bezug auf Leistung, Energieeffizienz, Kosten und Funktionen. Während Imagination und Apple heute eine andere Beziehung haben, benötigen andere Chiphersteller GPU-Teile, einschließlich MediaTek. Über MediaTek hinaus gibt es andere Möglichkeiten, nicht nur im mobilen Bereich, sondern auch in anderen Märkten wie der Automobilbranche, der Unterhaltungselektronik und der Medizintechnik.

Wird Samsung jemals von seinem derzeitigen GPU-Anbieter Abstand nehmen? Was ist mit Huawei? Gibt es neben den Intel Tablet-CPUs noch einen Platz für PowerVR? Was ist mit Unisoc oder Xiaomis Tannenzapfen oder sogar der lang gerüchteweise nächsten Iteration des NUCLUN-Prozessors von LG?

Einpacken

PowerVR-GPUs sind nach den Angeboten von Qualcomm und Arm die alternative GPU-Option des Android-Ökosystems. Wir haben noch keine Furian-basierte mobile GPU in einem tatsächlichen Chip und es wäre interessant, eine zu sehen. Mit dem Aufkommen des Lernens mobiler Maschinen und den Versprechungen möglicher Raytracing-Technologien in mobilen Prozessoren sollten wir alle ein Auge auf Imagination werfen, da wir alle überrascht sein könnten, wo als nächstes PowerVR-GPUs auftauchen!