Contenido

• Nombrar
• Comprender los números de modelo
• Núcleos, unidades de ejecución, ALU
• El panorama de la GPU está cambiando
• Envolver

Cuando se trata de gráficos para teléfonos inteligentes, la mayoría de los dispositivos Android usan unidades de procesamiento de gráficos (GPU) de Qualcomm (Adreno) o Arm (Mali), pero como Yoda diría, hay otro.

Tal vez haya notado el nombre de PowerVR en relación con algunos procesadores de Android. PowerVR es una serie de GPU de Imagination Technologies. El procesador MediaTek Helio P90 usa el PowerVR GM9446, el MediaTek Helio X30 usa el PowerVR 7XTP-MT4 y el Helio P22 usa el PowerVR GE8320. Otros procesadores MediaTek, incluidos el Helio P35, el Helio X10 y el MT8183 (que se encuentran en Amazon Kindle Fire HD) también usan GPU PowerVR.

Tampoco es solo MediaTek. El Unisoc SC9861G-IA utiliza el PowerVR GT7200. La línea Atom de Intel tiene varios modelos con GPU PowerVR. PowerVR también se puede encontrar en procesadores de Allwinner y Rockchip.

El elefante en la habitación es Apple. Hasta hace poco, Apple incorporó las GPU de Imagination en sus procesadores de la serie A. El procesador Apple A4, que se encuentra en el iPhone 4, usaba el PowerVR SGX 535. El A5 y el A6 usaban el PowerVR SGX543, el A7 usaba el PowerVR G6430, el A8 usaba el GX6450 y el A9 usaba el GT7600. Y ahí es donde todo terminó abruptamente. Si bien el A10 probablemente utilizó algún tipo de GPU híbrida personalizada, la relación de Apple con Imagination cambió drásticamente. El resultado fue una agitación para la empresa a nivel comercial. Hubo cambios en la parte superior (CEO y CFO), la compañía vendió su división de CPU MIPS, y eventualmente el resto de la compañía fue adquirida por Canyon Bridge, un fondo de capital privado enfocado en China.

El elefante en la habitación es Apple.

Sin embargo, las GPU PowerVR no murieron, y potencialmente tiene un futuro brillante. Las GPU se encuentran en más que solo teléfonos inteligentes. Todo tipo de dispositivos, desde decodificadores, televisores inteligentes, sistemas de infoentretenimiento para automóviles y equipos médicos, todos usan GPU. En segundo lugar, el uso continuo de las GPU PowerVR en nuevos procesadores, como el Helio P90, significa que los fabricantes de SoC todavía consideran la GPU PowerVR como una opción viable. En tercer lugar, el panorama actual de la GPU está cambiando, y si Imagination es capaz de montar la ola, entonces podría salir adelante. Más sobre eso más tarde.

Nombrar

Nombrar cosas siempre es difícil, pero algunas empresas son mejores que otras. Los esquemas de nombres de la GPU de Qualcomm y Arm son relativamente sencillos. ¡El esquema de nombres de la GPU Imagination es un poco más matizado!

La primera información clave es que la compañía actualmente tiene dos arquitecturas principales de GPU: Rogue y Furian. Las primeras GPU basadas en Rogue se lanzaron en 2012 con las GPU PowerVR Series6. La arquitectura Rogue ha sido modificada y desarrollada a lo largo de los años y sirvió como base para todas las GPU Imaginations hasta las GPU Series9XE y Series9XM de 2017.

Furian es una arquitectura de GPU más nueva, la primera actualización de la arquitectura de Imagination desde 2012. Hay dos GPU de Furian en este momento, la PowerVR GT8525 y la PowerVR GT8540. Ambos son parte de la gama PowerVR Series8XT, lo cual es un poco confuso ya que las GPU Series9XE y XM usan la arquitectura Rogue más antigua, al igual que las Series8XE y Series8XE Plus. Ningún procesador móvil anunciado utiliza una GPU Furian actualmente.

Comprender los números de modelo

Las GPU PowerVR generalmente usan números de modelo de cuatro dígitos. La GPU en el Helio P90 es el GM9446, mientras que el Helio P22 usa el GE8320. ¿Qué significan todos esos números?

El primer dígito es el número de "serie". Por lo tanto, todos los procesadores de la gama Series8XE y XE Plus comienzan con un 8. Los procesadores de la serie Series9 comienzan con un nueve, y así sucesivamente.

El segundo dígito indica cuántos píxeles se procesan por ciclo de reloj. Generalmente, el número especificado es la mitad de la tasa de píxeles real. Entonces, "4" significa ocho píxeles por reloj, "2" significa reloj de pers de cuatro píxeles y "1" significa dos píxeles por reloj.

La compañía actualmente tiene dos arquitecturas principales de GPU: Rogue y Furian.

El tercer dígito es una indicación de la potencia de procesamiento de la GPU. Algunos fabricantes de GPU citan el número de "núcleos" en la GPU.El término "núcleo" está abierto a una contabilidad creativa y también a algunas técnicas manuales, lo que significa que lo que un proveedor entiende por "núcleo" es diferente de otro. Me sumergiré en este tema un poco más profundo en un momento, pero cuanto mayor sea el tercer dígito, mayor será el rendimiento. Las tarifas son diferentes en cada generación, pero para las GPU Series9:

• 1 = 64 FP16 FLOPs / Reloj
• 2 = 128 FP16 FLOPs / Reloj
• 4 = 256 FP16 FLOPs / Reloj

El último dígito es un indicador de función. Por ejemplo, el GE8322 (tenga en cuenta los dos al final) admite la compresión del búfer de cuadros PVRIC (algoritmo de compresión y descompresión sin pérdida de PowerVR), mientras que el GE8340 (tenga en cuenta el cero), no lo admite.

Núcleos, unidades de ejecución, ALU

Hace mucho tiempo, en un universo muy, muy lejano, las GPU usaban dos tipos diferentes de sombreadores. Los sombreadores Vertex, que se encargaron de realizar transformaciones en una lista de puntos (vértices) del mundo 3D al mundo 2D de una pantalla plana; y sombreadores de píxeles, que calcularon el color de un píxel en función de la información de iluminación y textura. Estos sombreadores eran programables y, en general, había más sombreadores de píxeles que sombreadores de vértices.

Los sombreadores se conocen como núcleos, y con el advenimiento del Modelo de sombreador unificado, donde un sombreador podría actuar como un sombreador de vértices o un sombreador de píxeles, el término núcleo se hizo aún más popular.

A medida que avanzaban los diseños de GPU, la forma de estos núcleos comenzó a transformarse. Anteriormente, un núcleo de sombreador único contenía toda la lógica necesaria, incluida la programación, ejecución y envío de las instrucciones que se ejecutan en el sombreador (porque son programables). Para aumentar el rendimiento, los diseñadores de GPU comenzaron a aumentar ciertas partes del diseño del sombreador, haciéndolos "más gordos" en el medio. Esto podría duplicar o cuadruplicar el rendimiento de un núcleo de sombreador, pero ahora la pregunta es si se debe tener un núcleo con cuatro unidades de ejecución o cuatro núcleos.

En las GPU PowerVR, los bits que hacen las matemáticas reales se denominan Unidad de lógica aritmética (ALU). Vienen en sabores de 16 bits y 32 bits y se agrupan en grupos.

El PowerVR GX6650 tiene seis clústeres con un total de 192 núcleos ALU de 32 bits (FP32), ¿debería llamarse una GPU de 192 núcleos? ¡Quizás el esquema de nombres de Imagination es el mejor enfoque después de todo!

El panorama de la GPU está cambiando

Las GPU solían tener un trabajo y un solo trabajo, gráficos en 3D, pero los tiempos están cambiando. Las GPU ahora manejan todo tipo de tareas altamente paralelas en computación científica y aprendizaje automático. La mayor parte de eso todavía ocurre en supercomputadoras o en máquinas construidas con múltiples tarjetas gráficas de alta gama. Sin embargo, está comenzando a llegar a las GPU móviles. Los teléfonos inteligentes insignia modernos pueden ejecutar modelos de inferencia de redes neuronales, para cosas como el reconocimiento de objetos en la aplicación de la cámara. El propio Android ahora tiene una API de red neuronal que puede usar la GPU, si los controladores correctos están disponibles.

Las GPU PowerVR son parte de este panorama cambiante y son compatibles con OpenCL y la red neuronal HAL de Android. Si ejecutar una red neuronal en la GPU no es suficiente, Imagination también tiene un acelerador de red neuronal que admite la red neuronal de Android HAL, Caffe y TensorFlow.

Y luego está Raytracing.

Luego está el trazado de rayos. Nvidia fue noticia recientemente con sus GPU de escritorio capaces de realizar trazado de rayos en tiempo real. Como repaso, el trazado de rayos es una técnica que "traza" el camino de los rayos de luz a través de un entorno 3D. Su objetivo es imitar de cerca la física real de la luz. El resultado es una iluminación altamente realista, sombras, reflejos y efectos de refracción.

La imaginación ha sido líder en el trazado de rayos basado en hardware durante años y, aunque todavía no está en los procesadores móviles de la compañía, ciertamente está ganando terreno en el escritorio. Actualmente, Imagination no vende tarjetas gráficas de trazado de rayos para computadoras de escritorio, pero ha producido un hardware móvil de prueba de concepto, incluido el PowerVR GR6500.

Tal vez se pregunte cómo una empresa que no vende ningún hardware de trazado de rayos real podría ser un "líder en trazado de rayos basado en hardware". La respuesta es la propiedad intelectual. La imaginación no hace chips, toda su tecnología de GPU está autorizada por fabricantes de chips, como MediaTek, e incorporada en procesadores móviles junto con una CPU y otras partes.

Probablemente, lo mismo es cierto de sus técnicas y tecnología de hardware de trazado de rayos. Imagination no ha hecho anuncios públicos sobre quién licencia su tecnología de trazado de rayos, ¡pero podemos especular!

El mercado de las GPU móviles es fluido. Los contratos se ganan y los contratos se pierden. Los fabricantes de procesadores móviles siempre buscan una ventaja sobre su competencia en términos de rendimiento, eficiencia energética, costo y características. Si bien Imagination y Apple tienen una relación diferente hoy en día, otros fabricantes de chips necesitan piezas de GPU, incluido MediaTek. Más allá de MediaTek, existen otras posibilidades, no solo en dispositivos móviles, sino también en otros mercados como automotriz, entretenimiento en el hogar y medicina.

¿Samsung alguna vez se alejará de su actual proveedor de GPU? ¿Qué hay de Huawei? ¿Todavía hay un lugar para PowerVR junto con las CPU de tabletas Intel? ¿Qué hay de Unisoc o el Pinecone de Xiaomi, o incluso la próxima iteración del procesador NUCLUN de LG?

Envolver

Las GPU PowerVR son la opción de GPU alternativa del ecosistema de Android después de las ofertas de Qualcomm y Arm. Todavía tenemos que ver una GPU móvil basada en Furian en un chip real y sería interesante ver una. Con el advenimiento del aprendizaje automático móvil y las promesas de una posible tecnología de trazado de rayos en procesadores móviles, sería prudente vigilar la imaginación, porque todos nos sorprenderá ver dónde aparecerán las GPU PowerVR a continuación.