Contente

• Nomeação
• Compreendendo os números do modelo
• Núcleos, unidades de execução, ALUs
• O cenário da GPU está mudando
• Embrulhar

Quando se trata de gráficos para smartphones, a maioria dos dispositivos Android usa unidades de processamento gráfico (GPUs) da Qualcomm (Adreno) ou Arm (Mali), mas, como diria Yoda, existe outra.

Você talvez tenha notado o nome PowerVR em relação a alguns processadores Android. PowerVR é uma série de GPU da Imagination Technologies. O processador MediaTek Helio P90 usa o PowerVR GM9446, o MediaTek Helio X30 usa o PowerVR 7XTP-MT4 e o Helio P22 usa o PowerVR GE8320. Outros processadores MediaTek, incluindo o Helio P35, o Helio X10 e o MT8183 (encontrado no Amazon Kindle Fire HD) também usam GPUs PowerVR.

Também não é apenas o MediaTek. O Unisoc SC9861G-IA usa o PowerVR GT7200. A linha Atom da Intel tem vários modelos com GPUs PowerVR. O PowerVR também pode ser encontrado nos processadores Allwinner e Rockchip.

O elefante na sala é a Apple. Até recentemente, a Apple incorporava as GPUs da Imagination em seus processadores da série A. O processador Apple A4, encontrado no iPhone 4, usava o PowerVR SGX 535. O A5 e o A6 usavam o PowerVR SGX543, o A7 usava o PowerVR G6430, o A8 usava o GX6450 e o A9 usava o GT7600. E foi aí que tudo terminou abruptamente. Embora o A10 provavelmente tenha usado algum tipo de GPU híbrida personalizada, o relacionamento da Apple com o Imagination mudou drasticamente. O resultado foi um transtorno para a empresa em nível comercial. Houve mudanças no topo (CEO e CFO), a empresa vendeu sua divisão de processadores MIPS e, eventualmente, o restante da empresa foi adquirido pelo Canyon Bridge, um fundo de private equity focado na China.

O elefante na sala é a Apple.

No entanto, as GPUs PowerVR não morreram e, potencialmente, têm um futuro brilhante. As GPUs são encontradas em mais do que apenas smartphones. Todos os tipos de dispositivos, desde decodificadores, TVs inteligentes, sistemas de entretenimento e entretenimento para automóveis e equipamentos médicos, usam GPUs. Em segundo lugar, o uso contínuo de GPUs PowerVR em novos processadores, como o Helio P90, significa que os fabricantes de SoC ainda consideram a GPU PowerVR como uma opção viável. Em terceiro lugar, o cenário atual da GPU está mudando e, se o Imagination puder surfar na onda, ele poderá sair por cima. Mais sobre isso mais tarde.

Nomeação

Nomear as coisas é sempre difícil, mas algumas empresas são melhores que outras. Os esquemas de nomeação da GPU da Qualcomm e da Arm são relativamente diretos. O esquema de nomeação da Imagination GPU é um pouco mais matizado!

A primeira informação importante é que a empresa atualmente possui duas arquiteturas principais de GPU: Rogue e Furian. As primeiras GPUs baseadas em Rogue foram lançadas em 2012 com as GPUs PowerVR Series6. A arquitetura Rogue foi aprimorada e desenvolvida ao longo dos anos e serviu de base para todas as GPUs Imaginations, incluindo as GPUs Series9XE e Series9XM de 2017.

Furian é uma arquitetura de GPU mais nova, a primeira arquitetura da Imagination desde 2012. Atualmente, existem duas GPUs Furian, a PowerVR GT8525 e a PowerVR GT8540. Ambos fazem parte da linha PowerVR Series8XT, o que é um pouco confuso, pois as GPUs Series9XE e XM usam a arquitetura Rogue mais antiga, assim como o Series8XE e o Series8XE Plus. Atualmente, nenhum processador móvel anunciado usa uma GPU Furian.

Compreendendo os números do modelo

As GPUs PowerVR geralmente usam números de modelo de quatro dígitos. A GPU no Helio P90 é o GM9446, enquanto o Helio P22 usa o GE8320. O que significam todos esses números?

O primeiro dígito é o número da "série". Portanto, todos os processadores das séries Series8XE e XE Plus começam com 8. Os processadores da série Series9 começam com nove e assim por diante.

O segundo dígito indica quantos pixels são processados ​​por ciclo de clock. Geralmente, o número especificado é metade da taxa de pixels real. Portanto, “4” significa oito pixels por relógio, “2” significa relógio de quatro pixels e “1” significa dois pixels por relógio.

Atualmente, a empresa possui duas arquiteturas principais de GPU: Rogue e Furian.

O terceiro dígito é uma indicação da potência de processamento da GPU. Alguns fabricantes de GPU citam o número de "núcleos" na GPU.O termo “núcleo” está aberto a alguma contabilidade criativa e também a algumas técnicas de navegação manual, o que significa que o que um fornecedor entende por “núcleo” é diferente de outro. Mergulharei nesse assunto um pouco mais profundamente em um momento, mas quanto maior o terceiro dígito, maior o desempenho. As taxas são diferentes em cada geração, mas para as GPUs Series9:

• 1 = 64 FLOPs / Relógio FP16
• 2 = 128 FL16s / Relógio FP16
• 4 = 256 FLOPs / relógio FP16

O último dígito é um sinalizador de recurso. Por exemplo, o GE8322 (observe os dois no final) suporta a compressão do buffer de quadro PVRIC (algoritmo de compactação e descompressão sem perdas do PowerVR), enquanto o GE8340 (observe o zero) não o suporta.

Núcleos, unidades de execução, ALUs

Há muito tempo, em um universo muito distante, as GPUs usavam dois tipos diferentes de shaders. Os shaders Vertex, responsáveis ​​por realizar transformações em uma lista de pontos (vértices) do mundo 3D para o mundo 2D de uma tela plana; e Pixel shaders, que calculavam a cor de um pixel com base nas informações de iluminação e textura. Esses shaders eram programáveis ​​e geralmente havia mais pixel shaders do que os vertex.

Os shaders tornam-se conhecidos como núcleos e, com o advento do Unified Shader Model, onde um shader pode atuar como um vertex ou um pixel, o termo core se tornou ainda mais popular.

À medida que os projetos de GPU avançavam, a forma desses núcleos começou a se transformar. Anteriormente, um único núcleo do shader continha toda a lógica necessária, incluindo o planejamento, execução e envio das instruções em execução no shader (porque são programáveis). Para aumentar a taxa de transferência, os designers de GPU começaram a aumentar certas partes do design do shader, tornando-as "mais gordas" no meio. Isso poderia dobrar ou quadruplicar a taxa de transferência de um núcleo de shader, mas agora a questão passa a ser se há um núcleo com quatro unidades de execução ou quatro núcleos.

Nas GPUs PowerVR, os bits que realizam a matemática real são chamados de Unidade Lógica Aritmética (ALUs). Eles vêm nos sabores de 16 e 32 bits e são agrupados em clusters.

O PowerVR GX6650 possui seis clusters com um total de 192 núcleos de ALU de 32 bits (FP32), deve ser chamado de GPU de 192 núcleos? Talvez o esquema de nomeação da Imagination seja a melhor abordagem, afinal!

O cenário da GPU está mudando

As GPUs costumavam ter um trabalho e apenas um trabalho, gráficos 3D, mas os tempos em que eles estavam mudando. As GPUs agora lidam com todos os tipos de tarefas altamente paralelas em computação científica e aprendizado de máquina. A maior parte disso ainda acontece em supercomputadores ou em máquinas construídas com várias placas gráficas de última geração. No entanto, está começando a chegar às GPUs móveis. Os principais smartphones modernos podem executar modelos de inferência de rede neural, para coisas como reconhecimento de objetos no aplicativo da câmera. O próprio Android agora possui uma API de rede neural que pode usar a GPU, se os drivers corretos estiverem disponíveis.

As GPUs PowerVR fazem parte desse cenário em mudança e são compatíveis com a rede neural HCL do OpenCL e do Android. Se a execução de uma rede neural na GPU não é suficiente, o Imagination também possui um acelerador de rede neural compatível com a rede neural do Android HAL, Caffe e TensorFlow.

E depois há o Raytracing.

Depois, há o traçado de raios. A Nvidia ganhou as manchetes recentemente com suas GPUs de desktops capazes de executar raytracing em tempo real. Como atualização, o raytracing é uma técnica que "rastreia" o caminho dos raios de luz através de um ambiente 3D. O objetivo é imitar de perto a física real da luz. O resultado são efeitos de iluminação, sombras, reflexão e refração altamente realistas.

A Imagination é líder em raytracing baseado em hardware há anos e, embora ainda não esteja nos processadores móveis da empresa, certamente está ganhando espaço no desktop. Atualmente, a Imagination não vende placas gráficas de rastreamento de raio para desktops, mas produziu algum hardware móvel de prova de conceito, incluindo o PowerVR GR6500.

Você pode estar se perguntando como uma empresa que não vende nenhum hardware de rastreamento de raio real pode ser um "líder em rastreamento de raio baseado em hardware". A resposta é propriedade intelectual. A imaginação não produz chips, toda a sua tecnologia GPU é licenciada por fabricantes de chips, como MediaTek, e incorporada em processadores móveis, juntamente com uma CPU e outras partes.

Provavelmente o mesmo se aplica às técnicas e tecnologias de hardware para rastreamento de raios. A Imagination não fez nenhum anúncio público sobre quem licencia sua tecnologia de rastreamento de raios, mas podemos especular!

O mercado de GPU móvel é fluido. Os contratos são vencidos e os contratos perdidos. Os fabricantes de processadores móveis estão sempre procurando uma vantagem em relação à concorrência em termos de desempenho, eficiência de energia, custo e recursos. Embora a Imagination e a Apple tenham um relacionamento diferente hoje, outros fabricantes de chips precisam de peças de GPU, incluindo o MediaTek. Além do MediaTek, existem outras possibilidades, não apenas no celular, mas também em outros mercados, como automotivo, entretenimento doméstico e médico.

A Samsung se afastará do atual fornecedor de GPU? E a Huawei? Ainda existe um lugar para o PowerVR ao lado das CPUs para tablets da Intel? E a Unisoc ou a Pinecone da Xiaomi, ou até a próxima iteração de longa data do processador NUCLUN da LG?

Embrulhar

As GPUs PowerVR são a opção de GPU alternativa do ecossistema Android após as ofertas da Qualcomm e Arm. Ainda temos que ver uma GPU móvel baseada em Furian em um chip real e seria interessante vê-lo. Com o advento do aprendizado de máquina móvel e as promessas de uma possível tecnologia de rastreamento de raios em processadores móveis, todos nós seria sensato ficar de olho no Imagination, porque todos nós ficamos surpresos ao ver onde as GPUs PowerVR aparecerão a seguir!