Мобильная графика PowerVR (интервью с представителями Imagination Technologies)

Новый процессор Apple A5, включает в себя двухъядерный PowerVR SGX 543 – аналогичная графическая технология, которая будет использоваться в новой портативной консоли Sony NGP. Правда новая портативная PlayStation будет содержать в себе 4 ядра SGX 543.

В этом интервью представители Imagination Technologies, директор по связям с общественностью Дэвид Харольд (David Harold) и менеджер по коммерческому развитию Кристоф Битс (Kristof Beets), расскажут о текущем ассортименте их мобильных процессоров и их возможности, об важности поддержки стандартов DirectX и OpenGL, а также обсудят некоторые особенности GPU от Imagination Technologies.

Какая ключевая разница между архитектурой PowerVR и архитектурами GPU от NVIDIA и AMD?

IMT: Графическая технология PowerVR базируется на концепции «отложенной мозаичной отрисовки» (Tile Based Deferred Rendering, TBDR). Эта технология отличается от стандартного рендеринга (Immediate Mode Rendering, IMR) принципом отрисовки, и базируется на двух моментах:

Первый: TBDR уделяет особое внимание обработке данных, рассчитывает размеры блоков которые может обработать чип, и разбивает экран на эти блоки
(это используется для того, чтобы все операции с изображением проводились ресурсами графического процессора, а не оперировать с данными во внешней памяти).

Второй: технология сосредотачивается на минимизацию данных для рендеринга. Старается рассчитывать не все пиксели, а только те, которые видны пользователю. Такой подход меньше нагружает память и потребляет меньше ресурсов, и таким образом процесс прорисовки происходит быстрее. Но это довольно сложное дело.

Многие пытались продвинуть TBDR, но только Imagination Technologies удалось запустит это решение на рынок. Как вы считаете, почему основные производители GPU используют традиционный подход?

IMT: Частично потому, что хотя эта идея звучит просто, на самом деле реализовать ее очень трудно. Частично еще и потому, что у нас много фундаментальных патентов в этой области.

Озвучено, что SGX543 работает с шейдерами версии 3.0 (Shader Model 3). Только это функционал DirectX, а DX обычно не используется в мобильных устройствах.

Вот PICA200 (Nintendo 3DS) старается избегать API ПК и опирается на стандарты для портативного устройства. Каковы издержки и преимущества, от использования ПК стандартов в портативном устройстве?

IMT: У нас целевой рынок от телефона до телевиденья. Мы не стремимся только к «ПК-стилю программирования», но некоторые наши чипы поддерживают определенные возможности DirectX.

Серия 5 и серия 5XT, от маленького SGX520 до мощного SGX543 MP16, все они поддерживают популярные API, включая OpenGL ES 2.0/1.1, OpenVG 1.1, OpenGL 2.0/3.0 и DirectX 9/10.1 на таких операционных системах как Symbian, Linux, Android, WinCE/Windows Mobile и Windows 7/Vista/XP.

Важно понять, что стандартизация является критичной для массового рынка. Если наработки и алгоритмы используют стандарт, то стандарт успешен, и наоборот. Разработки, которые используются в PICA200, могут работать только в этом замкнутом пространстве, и даже там могут быть определенные ограничения.

Imagination нацелен на поддержку ключевых отраслевых стандартов мобильных технологий, таких как OpenGL ES. С другой стороны, мобильные чипы все больше пересекаются с рынком ПК (планшеты, нетбуки), которые используют мобильные чипы, и тут появляется требование поддержки Microsoft DX API. Дополнительно еще в мобильный сегмент приходят игровые движки, которые существовали на ПК, такие как Unreal Engine от фирмы Epic Game.

Становится важно поддерживать не только стандарты мобильных технологий.

Графические технологии ПК за последнее десятилетие в большей мере определены DirectX, а проприетарные разработки конкретных разработчиков GPU частенько не используются. Как считаете, стандартизация это хорошо, или тормоз инноваций?

IMT: Мы на стороне открытых стандартов, таких как DirectX и OpenGL ES, и принимаем активное участие в стандартизации этих API: работаем с Microsoft и являемся учредителями Khronos Group. Хотя у нас есть некоторые проприетарные наработки.

Забегая наперед, вопрос: серия SGX будет стремится быть больше DirectX ориентированной, затачиваться под оптимальную производительность DX, или вы будете искать инновации, которые были упущены в ПК сфере?

IMT: По существу получается 2 направления: ориентирование на OpenGL ES, а с другой стороны в чип добавлен функционал DX. Мы планируем продолжить такую двойственность.

Со временем DX может стать более значимым, если Windows сможет прорваться на мобильные устройства. Несколько лет назад запустили чипы с поддержкой DX9, а сейчас мы отмечаем, что нарастает интерес на продукты с поддержкой DX10 и DX11.

Похоже, что партнеры и клиенты Imagination Technologies переходят с SGX535 на многоядерный SGX543. Если опустить многоядерность, какие другие усовершенствования появились в архитектуре?

IMT: Series5XT (SGX543/544/554) является существенным обновлением Series 5 (SGX520/530/531/535/540), которое было вызвано благодаря пожеланиям клиентов и рынка.

Ключевым являлся повышенный интерес в производительности GP-GPU через OpenCL, а также более высокое качество картинки с использованием сложных шейдеров. В результате мы удвоили вычислительную мощность операций с плавающей точкой на конвейер в новых ядрах, и при этом сохранили в эффективности с помощью co-issue (выполнение двойных инструкций одновременно).

Дополнительно мы добавили в железо поддержку YUV формата для оптимальной интеграции с видео. Основная масса других дополнений, это изменения на низком уровне, направленные на увеличение производительности и меньшей нагрузки на каналы пропускной способности (bandwidth). Особенное внимание уделялось сглаживанию, и увеличению количества полигонов.

А как масштабируется SGX543? Грубо говоря, мы увидим двойное увеличение производительности при переходе с одного ядра на два и т.д.?

IMT: Да, графические ядра по своей природе являются параллельными процессорами. Это означает, что они работают с данными независимо, и производительность будет расти линейно при увеличении количества ядер.

Важно отметить, что SGX543 предлагает правильную и полную нагрузку (load-balance) при обработке пикселей и геометрии. Даже если одно ядро занято каким-то определенным участком экрана, остальные ядра занимаются другими частями. Ну и очевидно, что чип был смоделирован так, чтобы избежать ожидания при передачи данных для многих ядер.

Является ли архитектура гибкой, т.е. могут ли графические ядра выполнять задачи, которые не касаются графики?

IMT: Абсолютно. SGX соответствует OpenCL, т.е. вы можете использовать архитектуру,  например, и для расчета физики игрового мира, и для обработки изображений. 

Какие режимы сглаживания поддерживаются? Нужно ли ждать высокое 4x MSAA на PowerVR SGX543 MP4 при разрешении 960x540? (намек на Sony NGP)

IMT: Как говорили ранее, антиалиасинг являлся ключевым моментом при проектировании Series5XT - использование сглаживания без понижения качества изображения. Мы предполагаем, что сглаживание будет постоянно включено в большинстве проектов из-за низкого потребления ресурсов. Разницу между включенным/выключенным сглаживанием можно посмотреть на glbenchmark.com

Стерескопическое 3D стремительно врывается в жизнь. Предлагает ли PowerVR какие-нибудь преимущества при работе с 3D?

IMT: Графические ядра идеально подходят для работы с S3D графикой, одноядерный или многоядерный это процессор. Поддерживаются все распространенные стандарты S3D, такие как «frame sequential», «side-by-side», «top-bottom» и «interlaced» для разрешения вплоть до full 1080p HD

В свое время Imagination Technologies экспериментировали с технологией «novel texture». Как обстоит с этим делом сейчас?

IMT: Imagination всегда осознавала необходимость обеспечения высокого качества картинки, при низкой потребности оперативной памяти и низкой нагрузки на каналы пропускной способности. В былые времена мы предложили векторное квантование (Vector Quantization) для Dreamcast-а, когда среднее значение компрессии было 5:1

В PowerVR MBX и SGX мы предлагаем компрессию текстур «PVRTC»: 4 бита на пиксель (8:1) и 2 бита на пиксель (16:1) для RGB и RGBA форматов.  Форматы PVRTC являются очень популярными среди разработчиков, поскольку PVRTC предлагает лучшую степень сжатия, чем ПК стандарты, такие как DXTC, где требуется 8 бит на пиксель для RGBA. Это означает, что   PowerVR использует в 4 раза меньше оперативной памяти, и в 4 раза меньше нагружает каналы для передачи данных. 

Но в любом случае Imagination продолжит инвестировать в данную область (в технологию «novel texture»?), и результаты работ будут объявлены в надлежащее время.

Sony анонсировала PowerVR SGX543 MP4+ в Sony NGP. Что значит этот плюс в конце?

IMT: Это говорит о том, что наработки Sony были включены в графику.