2021年11月4日，中國(guó)上海的新品發(fā)布會(huì)上，Imagination宣布推出首款GPU IP產(chǎn)品——IMG CXT，一同亮相的還有PowerVR Photon光線追蹤架構(gòu)，通過(guò)增加Photon硬件光線追蹤功能，IMG CXT實(shí)現(xiàn)了GPU IP的又一次重大飛躍，能夠?yàn)橛螒蚝推渌麍D形處理應(yīng)用場(chǎng)景提供令人難以置信的性能。
在了解Imagination此次帶來(lái)的新產(chǎn)品之前，首先要了解一下什么是光線追蹤技術(shù)。光線追蹤是一項(xiàng)改變游戲規(guī)則的技術(shù)，可以使圖形真實(shí)感達(dá)到躍升式變化。通過(guò)模擬真實(shí)世界中光線的表現(xiàn)，它可以創(chuàng)造出與現(xiàn)實(shí)生活幾乎無(wú)異的三維（3D）場(chǎng)景。
光線追蹤很早之前就已存在，比如《阿凡達(dá)》、《頭號(hào)玩家》、《失控玩家》這樣的特效電影中就曾用到了相關(guān)的技術(shù)，通過(guò)光線追蹤技術(shù)追求極致的畫(huà)質(zhì)，去做特效的畫(huà)面處理。但長(zhǎng)期以來(lái)，由于該技術(shù)帶來(lái)的計(jì)算量十分復(fù)雜，還需要消耗大量的計(jì)算資源，因此只有桌面級(jí)PC、游戲主機(jī)才能支持光線追蹤解決方案，并且僅限于近幾年發(fā)布的中高端產(chǎn)品，移動(dòng)端一直沒(méi)有高效的解決方案。
如今，憑借Imagination打造的IMG CXT以及革命性的PowerVR Photon架構(gòu)，移動(dòng)開(kāi)發(fā)者和游戲玩家現(xiàn)在也能夠體驗(yàn)到這種令人難以置信的渲染技術(shù)和全面的硬件加速功能。
PowerVR Photon帶來(lái)的革命性突破
隨著光線追蹤技術(shù)在各種圖形處理應(yīng)用中變得越來(lái)越重要，Imagination也定義了一套光線追蹤等級(jí)系統(tǒng)，旨在幫助開(kāi)發(fā)人員和原始設(shè)備制造商清晰了解現(xiàn)在和未來(lái)可用的光線追蹤加速解決方案的功能。
據(jù)Imagination中國(guó)區(qū)戰(zhàn)略市場(chǎng)與生態(tài)副總時(shí)昕博士介紹，就如同自動(dòng)駕駛分L1－L4等級(jí)一般，Imagination給光線追蹤做了一個(gè)光線追蹤等級(jí)系統(tǒng)（RTLS）分別從0級(jí)（Level0）到5級(jí)（Level5）共6個(gè)等級(jí)，具體來(lái)看包括：
L0 傳統(tǒng)解決方案；
L1 傳統(tǒng)GPU上的軟件方案；
L2 光線－包圍盒和光線－三角形測(cè)試器；
L3 具備硬件BVH處理能力；
L4 具備硬件BVH處理能力和相干性分類(lèi)能力；
L5 帶有BVH硬件生成器的相干性BVH處理功能。
IMG CXT所采用的PowerVR Photon架構(gòu)已經(jīng)屬于RTLS 4級(jí)，遠(yuǎn)高于現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)的軟件光線追蹤解決方案?！拔覀兘裉焓堑谝淮卧谌蜃龅搅说谒募?jí)的硬件處理能力，而且還是在移動(dòng)端，如果這個(gè)技術(shù)客戶需要，我們也可以用在數(shù)據(jù)中心和PC端?！睍r(shí)昕博士如是說(shuō)。
據(jù)介紹，PowerVR Photon架構(gòu)的主要特點(diǎn)是RAC，這是一種新的低功耗專(zhuān)用硬件GPU組件，相比效率較低的 RTLS 2級(jí)架構(gòu)，它可以加速和卸載更多來(lái)自著色器內(nèi)核的光線追蹤計(jì)算。RAC包含了光線存儲(chǔ)、光線任務(wù)調(diào)度器和相干性聚集器，并與兩個(gè)128寬的統(tǒng)一著色器集群（USC）緊密耦合，USC擁有高速專(zhuān)用數(shù)據(jù)通路，可以實(shí)現(xiàn)最高效且功耗最低的光線追蹤部署。
Ray Store可以在處理過(guò)程中將光線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存在芯片上，并提供對(duì) RAC中所有單元的高帶寬讀寫(xiě)訪問(wèn)，從而避免了將光線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或讀取至動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）所造成的速度降低或功耗增加。Ray Task Scheduler可以卸載著色器集群的任務(wù)，并通過(guò)專(zhuān)用硬件部署和追蹤光線工作負(fù)載，同時(shí)保持高光線吞吐量和低功耗。獨(dú)特的Coherency Gatherer單元可以分析所有傳播中的光線，并將整個(gè)場(chǎng)景中的光線綁定成多個(gè)相干組，從而能夠以更高的效率對(duì)它們進(jìn)行處理。
得益于Imagination的多核技術(shù)，PowerVR Photon架構(gòu)可以擴(kuò)展應(yīng)用于云、數(shù)據(jù)中心和PC市場(chǎng)。這可以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 9TFLOPS（每秒萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算）的FP32光柵化性能和超過(guò)7．8GRay／s的光線追蹤性能，同時(shí)能夠提供比當(dāng)今的 RTLS 2 級(jí)或3級(jí)光線追蹤解決方案高2．5倍的功耗效率。
IMG CXT在移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)桌面級(jí)質(zhì)量的視覺(jué)效果
以全新推出的GPU IP產(chǎn)品IMG CXT為例，IMG CXT－48－1536 RT3內(nèi)核具有三個(gè)光線加速集群（RAC），可提供總體高達(dá)1．3GRay／s的性能。這可以在移動(dòng)設(shè)備的功耗預(yù)算下，以高幀率提供逼真的光線追蹤陰影、反射、全局照明和環(huán)境光遮蔽效果。
IMG CXT在光柵化圖形處理性能方面也向前邁出了重要一步，與Imagination的上一代GPU IP相比，其計(jì)算、紋理和幾何性能都提高了50％。它的低功耗超標(biāo)量（superscalar）架構(gòu)可在低時(shí)鐘頻率下提供高性能，從而實(shí)現(xiàn)卓越的幀率功耗比（FPS／W）效率，同時(shí) Imagination圖像壓縮（IMGIC）技術(shù)可以大幅降低帶寬需求。
IMG CXT也非常適合于超高品質(zhì)的汽車(chē)人機(jī)界面（HMI）平臺(tái)。它可以實(shí)現(xiàn)環(huán)繞視圖中逼真的車(chē)輛圖像，衛(wèi)星導(dǎo)航中密集城市區(qū)域的展示，以及具備混合現(xiàn)實(shí)功能的抬頭顯示器（HUD）、數(shù)字車(chē)速表和其他信息顯示器。它還可以在車(chē)上人員等待車(chē)輛充電時(shí)提供優(yōu)質(zhì)的車(chē)內(nèi)游戲和娛樂(lè)體驗(yàn)。
從現(xiàn)場(chǎng)展示的部分演示圖中也看到，光線追蹤全局照明為場(chǎng)景中的物體增加了出色的環(huán)境照明效果，實(shí)現(xiàn)了最真實(shí)的照明。同時(shí)，CXT RT3可以在移動(dòng)設(shè)備功耗預(yù)算下，以原生1080P清晰度和30－60的幀頻（FPS）提供這種視覺(jué)質(zhì)量。
總結(jié)下來(lái)，IMG CXT的亮點(diǎn)包括：
1．首次在移動(dòng) IP上實(shí)現(xiàn)了桌面級(jí)質(zhì)量的光線追蹤視覺(jué)效果；
2．業(yè)界首款RTLS 4級(jí)光線追蹤架構(gòu)；
3．功耗效率比現(xiàn)有的RTLS 2／3級(jí)解決方案高2．5倍；
4．可擴(kuò)展應(yīng)用于桌面和數(shù)據(jù)中心（高達(dá) 9 TFLOPS的FP32光柵化性能和超過(guò) 7．8 GRay／s的光線追蹤性能）；
5．相比上一代GPU，計(jì)算、紋理和幾何性能提高了50％；
6．已在多個(gè)市場(chǎng)中進(jìn)行了授權(quán)。
作為在光線追蹤技術(shù)領(lǐng)域擁有近10年投入歷史的企業(yè)，Imagination通過(guò)長(zhǎng)期以來(lái)的技術(shù)積累和沉淀，如今通過(guò)其全新的PowerVR Photon架構(gòu)將光線追蹤擴(kuò)展至移動(dòng)市場(chǎng)，IMG CXT也給開(kāi)發(fā)人員提供了一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于加速光線追蹤的硬件組件，相比其他解決方案，IMG CXT所提供的更高功耗和面積效率，除了受到了眾多開(kāi)發(fā)人員的追捧，也收到了來(lái)自完美世界、騰訊等合作伙伴的一致好評(píng)。
值得注意的是，Imagination還提到，IP廠商除了用戶以外，還有一個(gè)最不可或缺的就是芯片客戶，IP技術(shù)最終還是要芯片來(lái)承載的，CXT新架構(gòu)已向全球數(shù)家客戶進(jìn)行了授權(quán)，他們已經(jīng)在基于Imagination的技術(shù)架構(gòu)在進(jìn)行設(shè)計(jì)。
在產(chǎn)品發(fā)布結(jié)束后，Imagination中國(guó)董事長(zhǎng)白農(nóng)先生、Imagination公司副總裁中國(guó)區(qū)總經(jīng)理劉國(guó)軍先生、 Imagination中國(guó)區(qū)戰(zhàn)略市場(chǎng)與生態(tài)副總時(shí)昕博士、Imagination技術(shù)前瞻副總裁 Kristof Beets先生也針對(duì)諸多產(chǎn)品向技術(shù)細(xì)節(jié)向在場(chǎng)的媒體進(jìn)行了解答。
在被問(wèn)及光線追蹤技術(shù)在復(fù)雜的場(chǎng)景環(huán)境下的效率問(wèn)題時(shí)，Kristof表示，復(fù)雜場(chǎng)景之下要靠著色器去完成對(duì)于場(chǎng)景的渲染，此時(shí)所要消耗的資源、功耗都是非常大的，而Imagination現(xiàn)在等于把這部分的工作從原有的著色器那里分流到了專(zhuān)門(mén)的光線追蹤的硬件部分，由光線追蹤的部分來(lái)完成。當(dāng)這種渲染的負(fù)載被轉(zhuǎn)移到更為專(zhuān)用的硬件上面，它的效率一定會(huì)更高。
對(duì)于消費(fèi)者何時(shí)能夠體驗(yàn)到Imagination光線追蹤技術(shù)產(chǎn)品的效果時(shí)，Kristof表示，這款帶有光線追蹤功能的CXT授權(quán)已經(jīng)給到分布在全球多個(gè)國(guó)家的好幾個(gè)客戶。按照常規(guī)流程，從IP授權(quán)到SOC設(shè)計(jì)，再到流片，再進(jìn)入到平臺(tái)，再推向市場(chǎng)的周期需要18－24個(gè)月，預(yù)計(jì)最終產(chǎn)品最快在2023年能夠上市并被消費(fèi)者在體驗(yàn)到硬件光線追蹤解決方案所帶來(lái)的效果。
