从移动到桌面全栈式GPU Imagination对云游戏支持的探索

日前，由阿里元境举办的Uwin元宇宙与“云游戏+”论坛在杭州成功举办。论坛上，来自元宇宙及云游戏生态链中各领域的嘉宾展开了一系列的探讨，Imagination中国区产品管理总监王晓欣分享了《Imagination从移动到桌面全栈式GPU对云游戏支持的探索》的主题演讲，从半导体 IP 供应商的角度介绍了 Imagination 对云游戏的理解及其创新与探索。

Imagination 中国区产品管理总监王晓欣

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Imagination 是做什么的？

尽管大众可能对Imagination 并不熟悉，但搭载Imagination IP 技术的设备早已出现在各个领域，从移动手机、电视机顶盒、再到车载显示等，尤其是汽车和移动领域，其GPU 市场占有率一直领先，“目前使用 Imagination IP 的累计芯片出货量超过 110 亿颗”，Imagination中国区产品管理总监王晓欣介绍到。

从产品线来看，Imagination涵盖 GPU、CPU 和AI 三大 IP 产品，主要面向移动、消费类、汽车、数据中心等应用市场。王晓欣特别提到，公司成立三十多年来，打造了不少引领行业的技术创新，例如“1996年发布的分块延迟渲染技术，在要求高效率、低功耗的移动领域，它能大幅提高渲染效率，降低功耗。2021年发布了面向移动端的硬件级光线追踪技术，将极大提高移动端游戏质量”。

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云游戏的四大技术支撑

在Imagination 看来，元宇宙是一个共享的3D 虚拟世界，具有互动性、沉浸性和协作性，王晓欣表示，“云游戏是元宇宙一个很好的切入点, 元宇宙和云游戏将颠覆与游戏玩家和非玩家接触的既有模式，为游戏平台赋予了社交和商业属性，使游戏成为了新的模拟平台，蕴含着巨大的新机遇。”

云游戏的实现则需要GPU、虚拟化技术、5G/边缘计算、AI 等四大技术的支撑。王晓欣介绍到，“首先 GPU为云游戏提供算力基础，这分为两部分：一是在服务器端，对整个云游戏场景进行渲染，支持不同规模的游戏用户；二是在终端特别是手机端，如何使游戏画面效果栩栩如生，如何通过游戏渲染增强头戴设备的沉浸感，甚至是解决眩晕的问题等。”

其次是虚拟化技术。“云游戏的重点是'云'，即指多用户，多用户隔离及多用户间的数据安全”要通过虚拟化技术实现。5G/边缘计算则能提供高带宽、低延迟，是云游戏部署实施的关键驱动力。同时，如何将 AI 技术与 GPU 渲染技术融合，将极大推动云游戏的发展。这也是Imagination 重点关注的方向。

不过，云游戏面临着计算方面的挑战。随着大规模服务器的部署，通过堆积传统游戏显卡来提升算力，显然并不可行。另外，传统游戏显卡对电源功率和风扇要求极高，发热量过大。而Imagination 长期以来专注于移动领域，在PPA（功耗、性能、面积）上具有独特的优势，可将现有的GPU 技术应用到云游戏领域。

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面向云游戏的Imagination 解决方案

现场，王晓欣也分别介绍了Imagination 当前面向云游戏的解决方案。高效与高视觉品质交融的多核GPU

首先他表示，ImaginationGPU IP 专注于渲染，专注于用最小的芯片面积，最优的性能，最小的功耗实现最好的渲染效果。现场他也展示了Imagination 近些年推出的GPU 产品，包含 IMG A 系列、IMG B 系列多核 GPU、IMGC 系列、IMG DXT 系列等，针对不同的应用市场可提供不同的算力需求。

在移动端的实时硬件光追技术

会议中王晓欣着重介绍了光线追踪技术。Imagination在光追方面已经有10年的历史了。早在2014年就落地了专门加速光追的模块并制作了演示demo, 不过当时的图形API的标准还没有关于光线追踪的内容，包括相关的开发工具软件、游戏引擎等也没有光线追踪的功能。到2021年我们推出了IMG CXT GPU， 这是全球第一款把实时硬件光线追踪技术引入到移动端的GPU IP。

我们看到并非所有形式的光线追踪支持都是相同的。实际上，任何具有计算能力的GPU都可以执行光线追踪，但它们之间的区别在于可以执行光线追踪的效率和可以达到的性能水平。因此，Imagination引入了光线追踪等级系统（RTLS）的概念，以突出各种等级光线追踪的效率。

其中第一级光线追踪技术通过软件实现，CPU占用资源较高。第二级光线追踪技术是利用硬件处理光和或者三角形碰撞，从而节省了CPU资源，目前典型的桌面显卡都是采用了这项技术。第三级光线追踪技术开始，就需要支持BVH回溯。BVH是bounding volume hierarchy，这是一种用来管理3D场景中物体的方法。这部分是目前渲染器中最困难的部分，但是可以是渲染器更加高效。第四级光线追踪技术除了光和自动测试的回溯之外，还需要相同光线上的光数统一计算，用统一的指令运行。而第五级技术则需要支持BVH builder，目前作为公司的储备技术。

Imagination目前最新的DXT系列GPU提供的是第4级别的硬件级光线追踪，且是可扩展的高级光线追踪技术。DXT通过引入片段着色率 (FSR) 功能和增强的后处理技术来提高效率，同时布局的变化为光线追踪提供可扩展性和灵活性。这款GPU可以从节省面积的0.5RAC（光线加速集群）配置扩展到高性能的4 RAC设计，涵盖从混合实现方案中的简单阴影到3A大作中的高级光追画面等各类应用。

HyperLane GPU虚拟化技术

最后王晓欣介绍了ImaginationHyperLane GPU虚拟化技术。实际上大部分的云游戏玩家既玩3A 游戏大作，也玩轻松的休闲游戏，为了保证玩家时刻都有较好的云游戏体验，每一个ImaginationGPU 核包含八条 HyperLane 通道，使游戏负荷得以高效平衡，以支持多位用户。同时，HyperLane 提供用户隔离和数据安全，多个操作系统或多个应用共享同一颗GPU。

在软件方面，Imgination还支持广泛的 CPU、自动操作系统、API 和高级图形功能。此外，Imagination 也在积极地拓展中国游戏生态，包括与 oppo、vivo、小米、unity、腾讯游戏、网易游戏、米哈游等手机厂商、游戏公司和引擎公司合作，不断测试优化游戏内容，为玩家提供优质的游戏体验。Imagination希望通过底层技术，联合产业各合作伙伴一起推动云游戏的发展。