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手機視覺最佳體驗 行動GPU不可或缺
就是要最佳繪圖效能

【作者: 王岫晨】   2020年02月10日 星期一

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從熱血沸騰的電競比賽,到令人驚艷的3A級重磅遊戲大作,現今的遊戲需要比以往更高的效能、更高畫面更新率,以及更低的延遲。根據近期Steam調查顯示,超過64%的玩家會選擇在1080p的解析度下運行遊戲,不只一般的遊戲機與PC玩家,手機遊戲玩家更是如此。也因此,許多GPU廠商正致力為所有1080p玩家提供充裕的運算效能以及出色的功能,讓玩家在開啟所有最高階畫面設定時,也能享受最好的遊戲體驗。


由於手機遊戲的成長動能持續不斷,而玩家對於手機遊戲的畫面品質吹毛求疵且毫不妥協,使得行動繪圖晶片必須不斷精進。

近年來,我們已經可以看到智慧手機遊戲產業正大幅成長。在過去,大多數使用者都只在智慧手機上進行休閒遊戲,而將消耗系統運算資源較大的遊戲留給遊戲機或PC等,但這樣的趨勢在最近幾年已經開始出現了變化。現階段許多智慧手機擁有更強大的GPU,這已成為行動遊戲玩家不可或缺的配備。


行動GPU品牌


圖一 : 由於行動GPU不斷進化,許多中階智慧手機也都擁有出色的繪圖運算能力。
圖一 : 由於行動GPU不斷進化,許多中階智慧手機也都擁有出色的繪圖運算能力。

ARM Mali

就像其CPU架構一樣,Arm也向許多家晶片製造商(如華為海思、聯發科和三星等)授權Mali GPU架構,這些廠商整合了Mali繪圖架構到其SoC晶片中。這些SoC可以實現各種不同的GPU需求,來滿足不同應用所需的核心與頻率。


Mali處理器型號後面的數字通常用來表示運算單元或核心的數量。例如,Mali-T880 MP12代表其具有12個核心。儘管不同架構往往直接影響處理器的性能,但是核心的數量和頻率確實也將為處理器帶來更高的運算效能。


Qualcomm Adreno

Adreno GPU由高通開發設計,並應用於其Snapdragon處理器的產品線。在過去,Adreno由ATI(後來被AMD收購)所開發,最初時被稱為Imageon。AMD隨後將該產品線出售給高通,並將其更名為Adreno。


Imagination PowerVR

PowerVR是由Imagination所開發,他們將這款產品授權給許多不同的廠商,如Apple、聯發科、三星、Intel、展訊等。Apple在其iPhone產品線經常採用PowerVR來作為GPU處理器,直到其Apple A10 Fusion SoC的問世為止。


Apple GPU

在A11 Bionic和A12 Bionic的仿生晶片中,首次加入了Apple設計的GPU核心。這些圖形處理器的性能非常出色,無可否認的,蘋果公司在其SoC的設計上下了很多苦心。


行動GPU性能要素

決定行動GPU效能的三個主要因素大致如下:


一、GPU架構和製程

毫無疑問的,使用最新旗艦級架構的GPU將具有更好的性能。在Mali GPU中,其產品型號所對應數字,代表它正在使用的特定架構或設計方式。例如,在Mali-G76 MP10中,G76代表的是該架構的名稱。至於更好的製程可以帶來更快速、更高效能的GPU。對於當紅的手機遊戲來說,這一點將會非常重要。在過去,使用28奈米製程的舊款晶片,在進行遊戲運算處理時通常會過熱,這樣的問題在較新的晶片製程上可以獲得較好的解決。


二、GPU時脈頻率

GPU的頻率越高,代表GPU的效能就越好。一般來說,具有相同架構的兩個GPU,可能採用不同的時脈頻率,而這就會為其效能帶來顯著的差異。例如,MT6750中的Mali-T860 MP2 GPU具有520MHz的頻率,而同系列MT6750T的SoC中,相同的GPU則具有650MHz的頻率,可以提供更好的效能。


三、核心與運算單元數

Apple和高通在其GPU處理器中,並未透露核心數量。但Arm的Mali GPU只要透過其產品型號,就可以知道其所擁有的核心數。在其型號MP之後的數字,正是代表其具有的核心數量。例如,Mali-G76 MP10就代表其有10個核心,而Mali-G72 MP18則有18個核心。


具有相同架構,但核心數量不同的兩個GPU,其核心數的多寡將會對效能產生重大的影響。核心數越多,在一些遊戲的處理效能,或者評測軟體的跑分上,都會帶來更高的繪圖處理效益。


行動繪圖正方興未艾


圖二 : 新一代行動GPU將智慧手機運算效能大幅推昇至超越過往的水準。
圖二 : 新一代行動GPU將智慧手機運算效能大幅推昇至超越過往的水準。

在今天,智慧手機已經成為市場主流,使用旗艦級智慧手機所能獲得的運算效能,比起在一般手機上瀏覽網頁、社群網站等用途還要高上許多。事實上,由於行動GPU產品的不斷進化,目前許多中階智慧手機也都已經擁有非常出色的繪圖運算能力。


展望2020年的行動處理器市場,一顆平淡的處理器可能無法匹配最新款智慧手機的海量級應用。透過更為進化的7nm+製程可以提供更好的處理效能,但5奈米製程的晶片優勢,讓人不得不更加期待。


在2020年,幾款智慧手機處理器已經問世,包括最旗艦級的高通Snapdragon 865、三星Exynos 990、華為麒麟990、聯發科天璣1000等。此外,還有中階的高通Snapdragon 765和765G、三星Exynos 980、聯發科天璣800等。至於低階處理器的效能,則遠遠低於旗艦級的型號。


我們可以發現一個趨勢,旗艦級的處理器通常包含了更高效能的繪圖處理晶片,這是由於手機遊戲的成長動能持續不斷,而玩家對於手機遊戲的畫面品質吹毛求疵且毫不妥協,也使得行動繪圖晶片必須不斷精進。高通甚至針對某幾款晶片推出了增強型的遊戲版本,例如Snapdragon 730G和Snapdragon 765G等型號。高階的Snapdragon 865處理器還具有專用的遊戲功能,從繪圖功能到高更新頻率不一而足。但是,這樣的趨勢會導致智慧手機需要更多的空間來容納更大的繪圖晶片,以及更省電的GPU核心設計,以控制電池的耗損。


在今年,我們也將看到更強大的行動繪圖處理器,將用來處理4K畫質視訊畫面、億萬畫素相機,以及更多用於Wi-Fi 6和5G訊號解調器的增強型網絡模組。簡而言之,行動繪圖處理器已經遠遠超出了過去簡單的GPU設計,針對更困難的影像需求,其整體架構變得越來越複雜。


結語

對於智慧手機來說,CPU與GPU通常是密不可分的整體。展望2020年的行動處理器發展,有一些值得關注的趨勢即將出現,這可能使2020年成為行動處理器市場十分活躍的一年。在2020年預計上市的行動處理器將具有一些共同的特點,旗艦款處理器都將採用7nm或7nm+的FinFET製程,甚至逐漸往更先進製程邁進。與過去的10奈米製程處理器相比,在能源效率方面都出現了大幅度的改進。而新一代的行動CPU與GPU的問世,也都會將智慧手機運算效能大幅推昇至超越過往的水準,同時在2020年,支援5G與機器學習功能的處理器也將邁向市場主流地位。


高階處理器將走向多元化的設計發展取向,從CPU到GPU的架構設計,是否具備機器學習能力,支援5G功能等,都會讓不同廠商的SoC晶片產生效能的差異化,雖然這些高階晶片的差異消費者並不一定能真正感受得到。而中階處理晶片則將持續擁有更超值的多樣性與功能性。至於2020年更值得注意的將是價格更高昂的5G處理器發展腳步。


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