Inhoud

• Naming
• Inzicht in de modelnummers
• Kernen, uitvoeringseenheden, ALU's
• Het GPU-landschap verandert
• Afronden

Als het gaat om grafische afbeeldingen op smartphones, gebruiken de meeste Android-apparaten grafische verwerkingseenheden (GPU's) van Qualcomm (Adreno) of Arm (Mali), maar zoals Yoda zou zeggen, er is een andere.

Je hebt misschien de naam PowerVR opgemerkt in relatie tot sommige Android-processors. PowerVR is een GPU-serie van Imagination Technologies. De MediaTek Helio P90-processor gebruikt de PowerVR GM9446, de MediaTek Helio X30 gebruikt de PowerVR 7XTP-MT4 en de Helio P22 gebruikt de PowerVR GE8320. Andere MediaTek-processors, waaronder de Helio P35, de Helio X10 en de MT8183 (te vinden in de Amazon Kindle Fire HD) maken ook gebruik van PowerVR GPU's.

Het is ook niet alleen MediaTek. De Unisoc SC9861G-IA gebruikt de PowerVR GT7200. De Atom-lijn van Intel heeft verschillende modellen met PowerVR GPU's. PowerVR is ook te vinden in processors van Allwinner en Rockchip.

De olifant in de kamer is Apple. Tot voor kort nam Apple de GPU's van Imagination op in zijn A-serie-processors. De Apple A4-processor, gevonden in de iPhone 4, gebruikte de PowerVR SGX 535. De A5 en de A6 gebruikten de PowerVR SGX543, de A7 gebruikte de PowerVR G6430, de A8 gebruikte de GX6450 en de A9 gebruikte de GT7600. En daar eindigde het allemaal nogal abrupt. Hoewel de A10 waarschijnlijk een soort aangepaste hybride GPU gebruikte, veranderde Apple's relatie met Verbeelding drastisch. Het resultaat was een omwenteling voor het bedrijf op commercieel niveau. Er waren veranderingen aan de top (CEO en CFO), het bedrijf verkocht zijn MIPS CPU-divisie en uiteindelijk werd de rest van het bedrijf overgenomen door Canyon Bridge, een op China gericht private equity-fonds.

De olifant in de kamer is Apple.

PowerVR GPU's stierven echter niet en het heeft potentieel een mooie toekomst. GPU's zijn te vinden in meer dan alleen smartphones. Alle soorten apparaten, van settopboxen, smart-tv's, auto-infotainmentsystemen en medische apparatuur, maken allemaal gebruik van GPU's. Ten tweede betekent het voortdurende gebruik van PowerVR GPU's in nieuwe processors, zoals de Helio P90, dat SoC-makers de PowerVR GPU nog steeds als een haalbare optie beschouwen. Ten derde is het huidige GPU-landschap aan het veranderen en als Imagination in staat is om de golf te berijden, kan het er bovenop komen. Daarover later meer.

Naming

Dingen een naam geven is altijd moeilijk, maar sommige bedrijven zijn beter dan anderen. De naamgevingsschema's van de GPU van Qualcomm en Arm zijn relatief eenvoudig. Het naamgevingsschema van Imagination GPU is iets genuanceerder!

Het eerste belangrijke gegeven is dat het bedrijf momenteel twee grote GPU-architecturen heeft: Rogue en Furian. De eerste op Rogue gebaseerde GPU's werden uitgebracht in 2012 met de PowerVR Series6 GPU's. De Rogue-architectuur is in de loop der jaren aangepast en diende als basis voor alle GPU's van Imagination tot en met 2017 Series9XE en Series9XM GPU's.

Furian is een nieuwere GPU-architectuur, de eerste architectuurvernieuwing van Imagination sinds 2012. Er zijn momenteel twee Furian GPU's, de PowerVR GT8525 en de PowerVR GT8540. Beide maken deel uit van de PowerVR Series8XT-reeks, wat een beetje verwarrend is omdat de Series9XE en XM GPU's de oudere Rogue-architectuur gebruiken, net als de Series8XE en Series8XE Plus. Geen aangekondigde mobiele processors gebruiken momenteel een Furian GPU.

Inzicht in de modelnummers

PowerVR GPU's gebruiken over het algemeen viercijferige modelnummers. De GPU in de Helio P90 is de GM9446, terwijl de Helio P22 de GE8320 gebruikt. Wat betekenen al die cijfers?

Het eerste cijfer is het "serienummer". Dus alle processors in de Series8XE en XE Plus-reeks beginnen met een 8. De processors in de Series9-reeks beginnen met een negen, enzovoort.

Het tweede cijfer geeft aan hoeveel pixels per klokcyclus worden verwerkt. Over het algemeen is het opgegeven aantal de helft van de werkelijke pixelsnelheid. Dus "4" betekent acht pixels per klok, "2" betekent vier pixels per klok en "1" betekent twee pixels per klok.

Het bedrijf heeft momenteel twee grote GPU-architecturen: Rogue en Furian.

Het derde cijfer geeft een indicatie van de verwerkingskracht van de GPU. Sommige GPU-makers vermelden het aantal "cores" in de GPU.De term "kern" staat open voor wat creatieve boekhouding en ook voor wat technische handbewegingen, wat betekent dat wat de ene verkoper bedoelt met een "kern" anders is dan de andere. Ik zal hier wat dieper op ingaan, maar hoe hoger het derde cijfer, hoe hoger de prestaties. De tarieven verschillen per generatie, maar voor de Series9 GPU's:

• 1 = 64 FP16 FLOP's / klok
• 2 = 128 FP16 FLOP's / klok
• 4 = 256 FP16 FLOP's / klok

Het laatste cijfer is een kenmerkvlag. De GE8322 (let op de twee aan het einde) ondersteunt bijvoorbeeld PVRIC frame-buffercompressie (PowerVR's verliesloze compressie- en decompressie-algoritme), terwijl de GE8340 (let op de nul) dit niet ondersteunt.

Kernen, uitvoeringseenheden, ALU's

Lang geleden, in een universum ver, ver weg, gebruikten GPU's twee verschillende soorten shaders. De Vertex-shaders, die verantwoordelijk waren voor het uitvoeren van transformaties op een lijst met punten (hoekpunten) van de 3D-wereld naar de 2D-wereld van een flatscreen; en Pixel shaders, die de kleur van een pixel berekend op basis van belichting en textuurinformatie. Deze shaders waren programmeerbaar en over het algemeen waren er meer Pixel-shaders dan Vertex-shaders.

De shaders worden cores genoemd, en met de komst van het Unified Shader-model, waarbij een arcering zou kunnen fungeren als een Vertex-shader of een Pixel-shader, werd de term core nog populairder.

Naarmate GPU-ontwerpen vorderden, begon de vorm van deze kernen te veranderen. Voorheen bevatte een enkele shader-kern alle benodigde logica, inclusief de planning, uitvoering en verzending van de instructies die op de shader worden uitgevoerd (omdat ze programmeerbaar zijn). Om de doorvoer te verhogen, begonnen GPU-ontwerpers bepaalde delen van het arceringontwerp te vergroten, waardoor ze in het midden "dikker" werden. Dit zou de doorvoer van een arcering kunnen verdubbelen of verviervoudigen, maar nu wordt de vraag of er één kern met vier uitvoeringseenheden of vier kernen moet zijn.

In PowerVR GPU's worden de bits die de werkelijke wiskunde uitvoeren Arithmetic Logic Unit (ALU's) genoemd. Ze komen in 16bit- en 32bit-smaken en zijn gegroepeerd in clusters.

De PowerVR GX6650 heeft zes clusters met in totaal 192 32-bits (FP32) ALU-kernen, moet dit een 192-kern GPU worden genoemd? Misschien is het naamgevingsschema van Imagination toch de beste aanpak!

Het GPU-landschap verandert

Vroeger hadden GPU's één taak en slechts één taak, 3D-afbeeldingen, maar de tijden veranderen. GPU's behandelen nu allerlei zeer parallelle taken in wetenschappelijk computergebruik en machine learning. Het meeste gebeurt nog steeds op supercomputers of op machines die zijn gebouwd met meerdere high-end grafische kaarten. Het begint echter te druppelen naar mobiele GPU's. Moderne vlaggenschip-smartphones kunnen neurale netwerk-interferentiemodellen gebruiken, bijvoorbeeld voor objectherkenning in de camera-app. Android zelf heeft nu een neurale netwerk-API die de GPU kan gebruiken, als de juiste stuurprogramma's beschikbaar zijn.

PowerVR GPU's maken deel uit van dit veranderende landschap en zijn compatibel met OpenCL en het neurale netwerk van Android HAL. Als het runnen van een neuraal netwerk op de GPU niet voldoende is, heeft Imagination ook een neuraal netwerkversneller die het neurale netwerk van Android HAL, Caffe en TensorFlow ondersteunt.

En dan is er Raytracing.

Dan is er raytracing. Nvidia haalde onlangs de krantenkoppen met zijn desktop GPU's die real-time raytracing kunnen uitvoeren. Als opfriscursus is raytracing een techniek die het pad van lichtstralen door een 3D-omgeving 'traceert'. Het is bedoeld om de feitelijke fysica van het licht nauw na te bootsen. Het resultaat is een zeer realistische verlichting, schaduwen, reflectie en brekingseffecten.

Verbeelding is al jaren een leider in hardware-gebaseerde raytracing en hoewel het nog niet in de mobiele processors van het bedrijf zit, wint het zeker terrein op de desktop. Imagination verkoopt momenteel geen grafische kaarten voor raytracing voor desktops, maar heeft wel een aantal proof-of-concept mobiele hardware geproduceerd, waaronder de PowerVR GR6500.

Je vraagt ​​je misschien af ​​hoe een bedrijf dat geen echte raytracing-hardware verkoopt, een 'leider in hardware-gebaseerde raytracing' zou kunnen zijn. Het antwoord is intellectueel eigendom. Verbeelding maakt geen chips, alle GPU-technologie is in licentie gegeven door chipfabrikanten, zoals MediaTek, en opgenomen in mobiele processors samen met een CPU en andere onderdelen.

Hetzelfde geldt waarschijnlijk voor de raytracing-hardwaretechnieken en -technologie. Verbeelding heeft geen openbare aankondigingen gedaan over wie haar raytracing-technologie in licentie geeft, maar we kunnen speculeren!

De mobiele GPU-markt is vloeibaar. Contracten worden gewonnen en contracten gaan verloren. Makers van mobiele processors zijn altijd op zoek naar een voorsprong op hun concurrentie op het gebied van prestaties, energie-efficiëntie, kosten en functies. Terwijl Imagination en Apple tegenwoordig een andere relatie hebben, hebben andere chipfabrikanten GPU-onderdelen nodig, waaronder MediaTek. Naast MediaTek zijn er andere mogelijkheden, niet alleen in mobiel, maar ook in andere markten zoals automotive, home entertainment en medisch.

Zal Samsung ooit afstand doen van zijn huidige GPU-leverancier? Hoe zit het met Huawei? Is er nog steeds plaats voor PowerVR naast de tablet-CPU's van Intel? Hoe zit het met de Pinecone van Unisoc of Xiaomi, of zelfs de lang geruchten volgende iteratie van de NUCLUN-processor van LG?

Afronden

PowerVR GPU's zijn de alternatieve GPU-optie van het Android-ecosysteem na het aanbod van Qualcomm en Arm. We moeten nog een Furian-gebaseerde mobiele GPU zien in een echte chip en het zou interessant zijn om er een te zien. Met de komst van mobile machine learning en de beloften van mogelijke raytracing-technologie in mobiele processors, zouden we allemaal verstandig zijn om verbeelding in de gaten te houden, omdat we allemaal verbaasd zullen zijn om te zien waar PowerVR GPU's opduiken!