揭秘Imagination 4级光追GPU和Vulkan绘图应用程序接口

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）近日，全球知名半导体和IP供应商Imagination联合专注于制定开放标准的Khronos Group（科纳斯组织）在上海举行联合技术研讨会，活动主要关注GPU、开源标准和开放API接口等技术的相关应用，芯动科技、腾讯、Unity等公司受邀参会并发表了演讲。

本次研讨会上，Imagination重点介绍了其首创的4级光追GPU解决方案以及其他GPU创新技术。

Imagination 4级光追GPU

不少从业者可能并非第一次听说Imagination的RTLS 4级光线追踪GPU，实际上在去年年底，Imagination在新品发布会上就专门介绍过相关技术和最新产品，本次研讨会则是进一步介绍了这项技术的部署细节。

根据此前的介绍，光线追踪更多是应用于传统的游戏和动画制作当中，通过计算机在游戏或动画的每一帧画面制作当中，模拟现实世界中的光线从光源到物体表面再到人眼所呈现的视觉效果，以提升视觉体验。Imagination PowerVR Photon光线追踪架构的旗舰款GPU IP——IMG CXT能够为移动游戏玩家和开发者提供桌面级质量的体验。

Imagination技术前瞻副总裁Kristof Beets在研讨会上表示，“Imagination从2014年就开始研究实时混合光线追踪解决方案。我们开发了一款名为Plato的测试芯片，并以此为基础开发了很多原型产品。混合光线追踪是将传统光栅图形与硬件加速光线追踪相结合的一项关键创新，这个硬件平台不仅被用于硬件调优，还用于软件算法优化。”

从区分光线追踪能力和效率的角度出发，Imagination开发了光线追踪技术的分级系统，Imagination的解决方案处于第四级——硬件将支持相干性排序BVH处理，将光线进行汇聚，保证处理过程的光线相干性。



与RTLS 4级光线追踪相对应的便是Imagination新一代旗舰款GPU IP——IMG CXT，这便是去年年末发布的新品。IMG CXT 48-1536 RT3内核新增了3个光线加速集群（RAC），光线追踪性能高达1.3GRay/s，支持在移动设备中以高帧率实现逼真的光线追踪阴影、反射、全局照明和环境遮蔽等效果。



Kristof Beets指出，“在RTLS 4级光线追踪中，硬件会分析全部活跃光线，我们将行为路径相似的光线分组，因为它们有很大几率会使用相同的数据，照射到相同类型的物体。这种方法让我们在光线追踪技术的实现时，采用与基于传统渲染主GPU一致的并行处理技术。高度并行的架构是独特的专利方法，是实现RTLS 4级光线追踪高效的基础，让移动设备也可以在有限的功耗内实现高性能和高吞吐量的光线追踪。这对保证手机用户的使用体验非常重要。”

他对此强调，最重要的是这一切通过硬件即可实现。

在IMG CXT系列GPU的应用领域中，除了上述着重探讨的移动市场，还包括AR（增强现实）、数据中心和自动驾驶等。Kristof Beets解释称，通过多核扩展的方式，多个GPU的部署可以实现性能提升，满足中端平板电脑或入门级游戏主机解决方案的要求。光线追踪也可以与神经网络AI处理集成，进一步分流GPU负载，提高效率，包括采用神经网络技术的高精度算法或除噪算法。

面向广大开发者，Kristof Beets表示，标准化非常重要，“非标准API的一大问题就是造成生态系统效率低下。幸运的是，Khronos一直致力于通过Vulkan API将光线追踪技术标准化，现在已经有很多开发者可以直接使用的光线追踪标准。Imagination一直与Khronos合作，为Khronos API提供完整支持，既包括光线追踪产品管线，也包括了API的ray query版本。”

Vulkan绘图应用程序接口

Khronos Group是一个由180多家行业领先公司组成的开放、非盈利联盟，成立于2000年1月。Khronos Group致力于为3D图形、增强和虚拟现实、并行编程、视觉加速和机器学习领域制定先进、无偿授权的互操作标准。

Vulkan是Khronos Group正在推行的项目之一，是一个跨平台的2D和3D绘图应用程序接口（API），由Khronos Group在2015年游戏开发者大会（GDC）上发表。

Khronos Group主席Neil Trevett表示，“自2003年以来，Imagination就一直是Khronos的创始会员和坚定的支持者并在Khronos API系列的开发中发挥了重要作用，包括Vulkan规格和开发者工具生态系统。Khronos Group一直十分赞赏Imagination的贡献和创新动力，尤其是在图形、光线追踪和并行计算领域。”

研讨会上，由Khronos Vulkan工作组主席Tom Olson介绍了Vulkan的相关情况。

Vulkan的出现是为了解决OpenGL在发展过程中存在的一些问题，更靠近硬件底层。Tom Olson指出，“OpenGL提供了高层级的抽象，这是单线程同步的。但要达到更好的性能支持，OpenGL需要一个大型而复杂的驱动程序，来完成依赖项跟踪、内存管理、同步、错误检查和高级着色语言编译等任务。它使编写应用程序代码变得容易，但驱动程序占用大量CPU，而且很难进行定位，这使得调试性能问题变得困难。在Vulkan中，你会得到更复杂的抽象模型，与硬件工作方式更接近。因此驱动程序可以小而简单，并且可预测。着色语言则是离线编译。”

两者如何选择呢？Tom Olson认为，如果不需要多线程渲染，并且要求编程简单，OpenGL是更好的选择；如果开发者想要最小的CPU负载，需要多线程渲染，并希望花更多时间在性能调优上，Vulkan更值得推荐。

通过Tom Olson的介绍我们了解到，截至今年3月，Vulkan已被近3/4的活跃设备使用，预计到年底，超过80%的Play Store设备将使用Vulkan。

Vulkan面向的第一个应用领域就是游戏，是Stadia上的首选API，在移动设备上，Vulkan是面向高端设备游戏的首选API。

Imagination中国董事长白农（Wallace Pai）表示：“自Khronos Group创立以来，Imagination就一直是该组织引以为豪的创始会员。我们很高兴能够通过我们的PowerVR SDK和工具为Vulkan社区作出贡献。我们在设计IP时十分重视为开发者提供实现硬件性能最大化所需的途径。Imagination非常荣幸能继续与Khronos Group保持合作关系并希望为程序人员提供创造独特技术的能力。”

根据介绍，所有Imagination驱动程序均支持所有平台上的Vulkan 1.3，不仅改善了Khronos Group的生态系统，也为业内开发者们提供最大的支持。