Imagination更新手机硬件光追技术，打造手游视觉沉浸式体验

随着5G的发展，手机越来越被人们所依赖，将其称之为移动电脑毫不为过。而手机游戏则占据了手机使用的大部分时间。通讯技术的发展，手机设备的更新，忆往昔，手游曾从“贪吃蛇”、“俄罗斯方块”、“植物大战僵尸”、到“王者荣耀”等，经历了几个时代的变迁。游戏行业发展到今天，手游已经超越端游成为最大游戏市场。据ABI 2022年的调查显示，手机游戏用户将从26亿增长到2030年的39亿，特别是到2026年，将有85%的玩家首选在手机上玩游戏。显然良好的用户体验决定着手游领域的长足发展。比如沉浸感的体验，逼真、流畅的画面以及更长的待机时间。而实现这些效果离不开一款高性能的GPU。GPU在智能手机中的作用越来越凸显，将获得与CPU同等重要的位置。

近期Imagination发布其新一代GPU DXT系列，该公司中国区技术总监艾克先生分享了全新一代DXT系列GPU 的关键技术，特别是可扩展的光线追踪技术、可变速的着色技术，包括在手游领域可以提高性能、降低功耗的关键技术。另据官方公布的数据显示，该系列的旗舰产品DXT-72-2304能够提供超高端移动设备所需的性能，具有72 GTexels/s和2.5 TFLOP FP32算力。与上一代产品相比，其最大单核性能提升了50%。DXT核的单位面积性能密度比IMG CXT GPU高出20%，同时大幅降低了功耗。

硬件光线追踪发展

对于光线追踪技术，在PC端并不陌生，而在手机端该技术还非常罕见，由于其可明显提升游戏画面光线视觉感受，各大厂商纷纷布局该技术。艾克先生解释，光线追踪解决的是让3D游戏场景中的光照更加贴近真实生活中的折射和反射。在下图中光线追踪技术可使人物和鲨鱼在水中的细节能够展示得更加真实。然而，这些光线的折射和漫反需要很大的资源开销，在桌面游戏中，高端的服务器也需要一定时间烘焙这些画面。现在Imagination将这些光线追踪技术带到手机领域。

而市场上投入光线追踪的技术，多数是采用纯软件算法来实现，计算资源消耗巨大，其效果也不甚理想。艾克先生将光线追踪技术分为几个等级。

第一级光线追踪技术，均是软件实现的，开销较大，CPU占用资源比较高。

第二级光线追踪技术，对一些光盒或者三角形碰撞用硬件处理，节省了CPU资源，目前典型的桌面显卡都采用这项技术。

第三级光线追踪技术，BVH回溯以硬件支持，这是光线追踪描述大场景下的结构，就是大小矩形框把整个场景描述，光线在这里碰撞需要回溯，以硬件来实现，可降低功耗。

第四级光线追踪技术，也正是Imagination所处阶段，与前几级不同的是，除了光盒自动测试和回溯，Imagination还把相同光线上的光数统一计算，用统一的指令运行，该方案在提高性能的同时也降低功耗。

第五级，当然光线追踪技术不止于此，Imagination还在继续开发其下一代光线追踪技术，以满足日新月异的市场变化。

下图为Imagination光线追踪架构，特别是PCG部分，即现阶段光线追踪的高光时刻，能够把相同的光数聚合在一起统一计算，然后用相同的指令完成并行计算，节省了大量的功耗，艾克解释。

无论是主流机还是高端机，Imagination DST系列可配置的光线追踪技术可运用到各个手机领域的层次，不同的IP设计。从0.5RAC提供216MB/秒的光数运算能力，8GB的光和检测运算能力，到高配4RAC，提供1.5GB的光线追踪算力，64GB的光合检测能力。满足不同需求的手机游戏或者手机游戏芯片的设计。

同时，IMG DXT系列 也支持FSR，Fragment Shading Rate技术，可以使游戏开发者针对不同的区域定义Fragment Shade的执行次数，并大幅提高图形性能，降低占用的带宽与功耗。同时通过减少投射到场景中的光线提高光追的效率，这意味着可以在更小的硅片面积上实现逼真的灯光和阴影。

艾克先生强调，Imagination的光线追踪技术+FSR技术如黄金搭档般的结组合，在没有开启FSR时可能需要每帧6.9MB的运算能力，但如果配上FSR计算，运算1次或者运算2次，细节表现更加真实，1帧画面只需要3.2MB的光数计算能力，再配合Imagination的可扩展的RAC，即便是更小的RAC，也能够实现游戏中的光追效果，给客户带来更好的沉浸式体验。

IMG DXT 系列GPU关键功能更新

2D Dual-Rate Texturing-提高游戏后期效果的性能，提升沉浸感，通过较小的面积实现翻倍的能效。

而RISC-V架构，相比上一代产品可带来40%的性能提高，并且在汽车系列中得到芯片验证。

Pipelined Data Master-改变了上一代Data Master在运行时，另外一个Data Master需要在等待的步骤，新的Pipelined Data Master，在GPU的上一个工作还在处理执行的情况下，固件就可以设定下一个工作。调度间隙的减小，可带来5%的性能提升。

引进硬件的HDR，可以通过标准API支持，提高画面的亮度、对比度，从而显示更加真实。

本次发布的DXT包括面向主流机、面向高端机、面向旗舰机三个系列。主流机更注重单位面积性能，高端机则具更高的性能实现，旗舰机追求更高性能和手机整体表现，艾克解释。

Imagination 公司首席营销官 David Harold先生表示，在过去几年中也有些芯片制造或IP厂商公开称自己掌握了手机光线追踪的技术，但并没有看到其真正推向市场，主要原因是能耗过大，很难在手机上得到有效的应用。换句话说，他们多数还在采用第一级别的软件光追方案。而Imagination 第四级硬件光线追踪技术，对于减少能耗有着重要的意义。

而Imagination在上一代CXT的GPU就能够支持硬件级别的光线追踪，但未来针对更多的是高端设备，今天的DXT系列，可扩展的光线追踪技术，均可应用在高端机、主流机、旗舰机，从而增加市场覆盖率，让这项技术渐渐成为真正意义上的主流。

历代GPU产品

DXT系列的重隆推出，离不开该公司在GPU领域的多年技术沉淀，早在2019年Imagination就发布了其IMG AXT系列GPU，获得2.5倍的单位面积性能优势，使得该公司在单位性能面积上处于领先优势地位。随后2020年，IMG BXT系列多核架构GPU的推出，可用4核同时渲染1帧内容，使得算力成倍扩展。而2021年的IMG CXT系列实现了其首款将光线追踪加速硬件紧密集成到芯片中的GPU核，将光线追踪技术引入到手机领域，至此Imagination GPU现实历史上的一个重要里程碑。

在谈到关于Imagination公司概况时，Imagination 公司副总裁兼中国区总经理刘国军先生表示，Imagination是世界第四大硅IP，现有超过3000多项专利申请。而IP的价值也在半导体开发中显而易见。半导体开发成本在快速攀升，而直接购买第三方IP的成本要远低于自己研发的成本。其次IP对于传统的OEM厂商也至关重要，他们在芯片设计的整个流程，包括芯片制造方面的经验少，但在应用方面有广大的市场，所以IP给他们提供了更多可能性。另外，无论是SOC提供商还是OEM都希望自己的产品具有差异化，他们可以把开发IP节省下来的资金投入到更需要的地方。以上市场需求为IP厂商带来极大的机遇，而Imagination在过去的两年中年增长率达到33%。刘总也表示，中国是一个重点的发展和投入的地方。Imagination新的战略主要聚焦四大应用领域：传统的手机，消费电子、汽车、数据中心。

正如David所讲，硬件级光线追踪技术在PC端虽然随处可见，但对于移动端，真正可以达到4级追光技术的，Imagination算是市场的领头羊，此次DXT系列 GPU的发布，所带来的意义与之前的软件方案的光线追踪以及该公司前一代硬件光线追踪相比都有非凡的意义。对于Imagination 硬件光追技术，生态圈各位大佬都给予好评和期望。