Innosilicon Fantasy I: สถาปัตยกรรมและคุณสมบัติ

การพูดเกี่ยวกับสถาปัตยกรรม PowerVR ของ Imagination นั้นเกือบจะเหมือนกับการพูดถึงโศกนาฏกรรมกรีก ตั้งแต่เริ่มก่อตั้งและจากรุ่นต่างๆ เราได้เห็นมันในระบบต่างๆ เช่น SEGA Dreamcast, การ์ดกราฟิก KYRO ของ ST Micro และแม้แต่ เพลย์สเต วิต้า. ประเด็นของพวกเขาเหมือนกัน? ความล้มเหลวทางการค้าที่แท้จริงแม้จะมี GPU คุณภาพสูงก็ตาม อย่างไรก็ตาม พวกเขาโชคดีที่ได้เป็นสถาปัตยกรรมกราฟิกของโปรเซสเซอร์ของ Apple อุปกรณ์ต่างๆ จนกระทั่งผู้ที่มาจาก Cupertino ตัดสินใจดำเนินการด้วยตัวเองและ "ออกแบบ" สถาปัตยกรรมกราฟิกของตนเองชั่วขณะหนึ่ง

ช่วงเวลาแห่งความขัดแย้งระหว่าง Apple และ Imagination ทำให้ชาวอังกฤษพยายามหาใบอนุญาตสถาปัตยกรรมกราฟิกของตนต่อบุคคลที่สาม ปัจจุบัน หากเราดูภาพพาโนรามาทั้งในอุปกรณ์อัจฉริยะและในโลกพีซี เราจะเห็นว่า Imagination และ PowerVR ของมันหายไปอย่างไร

ไม่มีอยู่ใน Android โลกถูกเอาเปรียบโดยผู้เข้าร่วมคนอื่น ๆ เช่น ARM ตัวเองกับมาลีหรือ Qualcomm กับ Adreno สิ่งนี้ทำให้พวกเขาย้ายไปยังตลาดอื่น ๆ เช่น Innosilicon ผู้ผลิตจีนซึ่งมีชื่อเสียงในด้าน ASIC สำหรับการขุด เป็นผู้นำเสนอ Fantasy 1 เมื่อไม่นานมานี้ ซึ่งเป็นกราฟิกการ์ดตัวแรกที่ใช้ PowerVR นับตั้งแต่ Kyro 2000 ต้น ๆ แต่พวกเขาสามารถแข่งขันกับ NVIDIA และ AMD ในพื้นที่พีซีได้หรือไม่

การเรนเดอร์แบบเรียงต่อกันคืออะไร?

ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 นักออกแบบกราฟิกการ์ดต้องต่อสู้เพื่อประสิทธิภาพที่มีปัญหาทั่วไป ขาดแบนด์วิดท์ โปรเซสเซอร์กราฟิกเมื่อเทียบกับในปัจจุบันนั้นง่ายมาก ส่วนแรกของไปป์ไลน์ 3 มิติ ก่อนการแรสเตอร์ คำนวณโดย ซีพียู. ส่วนที่สองของการเปลี่ยนแปลงนั้นดำเนินการโดยการ์ดแสดงผล ซึ่งต้องใช้แบนด์วิธจำนวนมากซึ่งหน่วยความจำของเวลานั้นไม่สามารถให้ได้โดยไม่มีต้นทุนที่พุ่งสูงขึ้น

โซลูชันที่ Imagination เสนอคือการเรนเดอร์โดย Tiles ซึ่งยังคงเป็นพื้นฐานของสถาปัตยกรรมของมัน ดังนั้นแม้ในทุกวันนี้ Fantasy I เมื่อเรขาคณิตได้รับการคำนวณใน GPU แล้ว ขั้นตอนเพิ่มเติมก็ถูกเพิ่มเข้ามาเมื่อเทียบกับ GPU ทั่วไป โปรแกรมเรนเดอร์ไทล์จัดเรียงตำแหน่งของเรขาคณิตใน แรม ตามตำแหน่งในฉากก่อนการแรสเตอร์เพื่อสร้างรายการแสดงผลสำหรับแต่ละไทล์ จากนั้นจะแก้ไขทีละรายการในระหว่างกระบวนการเรนเดอร์

ข้อดี

เนื่องจากบล็อกหรือไทล์แต่ละบล็อกมีขนาดเล็ก จึงสามารถแก้ไขได้โดยไม่ต้องเข้าถึง VRAM เนื่องจากใช้หน่วยความจำภายในสำหรับสิ่งนี้ นอกจากนี้ยังทำให้เหมาะสำหรับการเรนเดอร์แบบ Lazy Render ที่มักใช้บัฟเฟอร์รูปภาพหลายตัวในการคำนวณแสงของฉาก ข้อดีอีกประการของมันคือ เนื่องจากการรู้ตำแหน่งขององค์ประกอบในฉากเป็นสิ่งสำคัญในการสร้างโครงสร้างข้อมูลเชิงพื้นที่สำหรับ Ray Tracing จึงง่ายต่อการนำ Ray Tracing ไปใช้ในสถาปัตยกรรมประเภทนี้

ข้อเสีย

อย่างไรก็ตาม มีข้อเสียสองประการ อย่างแรกคือมันต้องการฮาร์ดแวร์ที่ซับซ้อนมากกว่า GPU ทั่วไปเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่เท่ากัน ดังนั้น เรามักจะได้ประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าสำหรับชิปที่มีขนาดเท่ากัน อย่างที่สองคือการมีอยู่ของหน่วยความจำความเร็วสูงเช่น GDDR หรือ HBM ขจัดความได้เปรียบใน Gaming PC นั่นคือเหตุผลที่สถาปัตยกรรมประเภทนี้ได้กลายเป็นมาตรฐานในอุปกรณ์พกพา ซึ่งแบนด์วิดท์หน่วยความจำสำหรับเหตุผลด้านการบริโภคมีจำกัด

PowerVR B-Series สถาปัตยกรรมกราฟิกของ Fantasy I

เพื่อให้เข้าใจสถาปัตยกรรมของกราฟิกการ์ด Fantasy I ของ Innosilicon และสิ่งที่อยู่ภายในโปรเซสเซอร์ของ Apple สำหรับอุปกรณ์โดยบังเอิญ เราต้องทัวร์ชมสถาปัตยกรรมปัจจุบันของ Imagination และแม้ว่าเราจะรู้ว่าเพิ่งเปิดตัว The C Series เช่นกัน รู้จักกันในชื่อ Photon ในขณะที่อุปกรณ์ที่ทันสมัยที่สุดใช้ B-Series ของ Imagination เป็นสถาปัตยกรรม

แกนหลักของ B-Series

การจัดระเบียบของแต่ละนิวเคลียสเหล่านี้มีดังนี้:

• สี่บล็อก USC ซึ่งเป็น Unified Shader Cluster โดยแต่ละบล็อกมี ALU สูงสุด 128 ALU ใน FP32 รวมเป็น 512 ต่อคอร์ ด้วยความสามารถในการรันคำสั่งการบวกและคูณในวงจรนาฬิกาเดียว จึงสามารถดำเนินการได้ 1024 รายการต่อรอบสัญญาณนาฬิกา
• หน่วยพื้นผิว 8 หน่วย แต่ละหน่วยสามารถสร้าง texels ได้ 4 หน่วย รวมเป็น 32 หน่วย
• 16 รพ.
• 1 เทสเซลเลชั่นยูนิต
• 1 หน่วยแรสเตอร์

แต่ละคอร์มีหน้าที่รับผิดชอบเฉพาะสำหรับไทล์หรือบล็อกบนหน้าจอโดยไม่ขึ้นกับส่วนที่เหลือ ดังนั้น แต่ละตัวจึงมีหน่วยแรสเตอร์และเทสเซลเลชันเป็นของตัวเอง นอกเหนือจากการแบกหน่วยความจำภายในขนาดเล็กเพื่อแก้ไขบัฟเฟอร์ภาพภายในและลดผลกระทบต่อ RAM ของระบบ อย่างไรก็ตาม หน่วยความจำนี้ใช้สำหรับ ROPS โดยเฉพาะ และถึงแม้จะประโยชน์ของ GPU ก็ตาม เนื่องจากมีการใช้แผนที่พื้นผิวขนาดใหญ่ในปัจจุบัน จึงจำเป็นต้องเข้าถึง VRAM เพื่อรับข้อมูลพื้นผิว

Fantasy I GPU ชิปเล็ตตัวแรก

ความแปลกใหม่ที่ยอดเยี่ยมของ Imagination B-Series ที่ใช้ใน Fantasy I คือความจริงที่ว่ามันเป็น GPU ตัวแรกที่ประกอบด้วยชิปเล็ต นั่นคือชิปต่างๆ ที่ทำงานร่วมกันเป็นโปรเซสเซอร์ตัวเดียว ในการทำเช่นนี้ รายการหน้าจอจะถูกส่งไปยังชิปเล็ตตัวแรกจากสี่ตัวที่ประกอบเป็น GPU ในขณะที่อีกสามตัวรองลงมา เป็นโซลูชันที่คล้ายกับที่ AMD เสนอในสิทธิบัตรที่มี RDNA 3 มาก และจะพบได้ทั่วไปใน GPU ประเภทนี้ทั้งหมดในอนาคต

อย่างไรก็ตาม โซลูชันนี้จะแตกต่างกันไปในจุดหนึ่ง การใช้การเรนเดอร์โดยไทล์เพื่อดำเนินการเรนเดอร์ล่วงหน้า และเพื่อให้สามารถมีรายการหน้าจอได้หลายรายการ ไม่ใช่ก่อนการแรสเตอร์ แต่เป็นจากจุดเริ่มต้นของไปป์ไลน์ 3 มิติ แนวคิดนี้ไม่ใช่ใครอื่นนอกจากการแสดงฉากโดยไม่มีเฉดสีหรือพื้นผิวใด ๆ และจากไปป์ไลน์การคำนวณและไม่ใช่กราฟิก สิ่งนี้ทำให้คุณสามารถจัดระเบียบรายการคำสั่งได้หลายรายการ และไม่ใช่แค่คำสั่งเดียวที่จะช่วยให้คุณสามารถใช้ประโยชน์จากคอร์จำนวนมากในระหว่างการเรนเดอร์ล่วงหน้า กระบวนการนี้จะดำเนินการโดยอัตโนมัติเมื่อตัวประมวลผลคำสั่งของ GPU ตัวแรกได้อ่านรายการหน้าจอแล้ว

ซึ่งช่วยให้เรามีรายการหน้าจอหลายรายการสำหรับฉากเดียวกันซึ่งสามารถจัดระเบียบตามแกนต่างๆ ได้ นี่คือวิธีการบรรลุผลด้วยการกำหนดค่าชิปเล็ต 2 ตัว โดยแต่ละตัวมีหน้าที่รับผิดชอบครึ่งหนึ่งของหน้าจอ โดย 4 ตัวจะกระจายในหนึ่งส่วนสี่

Innosilicon นำอะไรมาสู่การ์ดกราฟิกของคุณบ้าง?

อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกงานที่ทำโดยชาว Imagination แต่ Innosilicon เป็นผู้ออกแบบกราฟิกการ์ดส่วนที่เหลือ เพิ่มการออกแบบ PCB และเลือกวัสดุที่เหลือ ที่โดดเด่นที่สุดคือการใช้หน่วยความจำ GDDR6 หรือ GDDR6X ขึ้นอยู่กับรุ่นที่ใช้รองรับ DisplayPort 1.5 และ HDMI 2.1 แต่เฉพาะการใช้เทคโนโลยี Innolink ที่ออกแบบให้สื่อสารภายในชิปเล็ตทั้งสี่ที่ เป็นส่วนหนึ่งของ GPU

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เรามีสองรูปแบบที่แตกต่างกัน การโทรประเภท A สามารถเข้าถึงได้ 5 TFLOPS ของพลังงานใน FP32 มีอินเทอร์เฟซหน่วยความจำพร้อม GDDR128X VRAM 6 บิตที่ 19 Gbps พร้อมแบนด์วิดท์ 304 GB/s ในทางกลับกัน Type B มี GPU ที่สมบูรณ์สองตัวดังนั้นจึงประกอบด้วยชิปเล็ตทั้งหมด 8 ตัวและเพิ่มตัวเลขเป็นสองเท่า

Innosilicon Fantasy ฉันไม่ใช่พีซีของคุณ

ความจริงก็คือคุณจะไม่สามารถซื้อกราฟิกการ์ด Fantasy I ของ Innosilicon เพื่อใช้ใน Gaming PC ของคุณได้ และคุณจะไม่สนใจด้วยเนื่องจาก Imagination ออกแบบสถาปัตยกรรมสำหรับอุปกรณ์พกพาที่ Windows ไม่ใช่ระบบปฏิบัติการหลัก และไม่ใช่ DirectX เพราะเราพบข้อบกพร่องหลายอย่าง มันไม่สมเหตุสมผลเลยที่จะเพิ่มฟังก์ชันการทำงานให้กับฮาร์ดแวร์ของคุณโดยที่ไคลเอนต์ของคุณจะไม่ใช้งาน และไคลเอนต์ที่ใหญ่ที่สุดของ GPU เหล่านี้ แม้ว่าจะแอบซ่อนอยู่ก็ตาม ก็คือ Apple และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง Metal API

กระแทกแดกดัน PowerVR เชื่อมโยงกับ Metal ซึ่งเป็น API ที่ใช้ใน iOSmacOS และระบบปฏิบัติการอื่นๆ ของ Apple ซึ่งท้ายที่สุดแล้ว คนของ Tim Cook ได้ลงนามในข้อตกลงกับ Imagination เพื่อให้พวกเขาสามารถพัฒนา GPU ที่รวมเข้ากับโปรเซสเซอร์ต่อไปได้ ดังนั้นใน Apple A15, M1 และรุ่น Pro และ Max ในปัจจุบัน สิ่งที่อยู่ภายในคือ PowerVR อีกประการหนึ่งคือผู้ที่มาจากคูเปอร์ติโนได้สร้างแนวคิดทั่วไปว่าพวกเขามีพลังมากจนสามารถสร้างฮาร์ดแวร์ทั้งหมดในระบบและแข่งขันเพื่อแย่งชิงทรัพยากรกับคนทั้งโลก ความเป็นจริงแตกต่างกันมาก

ความจริงที่ว่า GPU ที่ประกอบด้วย 4 ชิปเล็ตถึง 6 TFLOPS เมื่อช่วงอินพุตสำหรับพีซีมาถึงแล้วนั้นอาจทำให้เราประหลาดใจ แต่เราต้องจำไว้ว่ามันคือการออกแบบที่ออกแบบมาสำหรับโปรเซสเซอร์โมบายล์ แต่มีเป้าหมายในการเข้าถึงคลาวด์คอมพิวติ้ง และห้ามใช้ใน Gaming PC

ออกแบบมาสำหรับศูนย์ข้อมูลและคลาวด์คอมพิวติ้ง

อย่าลืมว่าในเซิร์ฟเวอร์นั้น เป็นเรื่องปกติที่จะใช้โปรเซสเซอร์หลายตัว และเรามีเซิร์ฟเวอร์ที่อิงตามโปรเซสเซอร์ของสมาร์ทโฟนมากขึ้นเรื่อยๆ และเราไม่สามารถลืมแนวโน้มที่จะทำเวอร์ชวลไลซ์การ์ดกราฟิกในคลาวด์สำหรับลูกค้าหลายราย โดยธรรมชาติแล้ว Fantasy I ไม่ต้องการเวอร์ชวลไลเซชั่น ชิปเล็ตแต่ละตัวที่ประกอบขึ้นเป็น GPU ขนาดเล็กได้

ดังนั้นเราจึงมีสถาปัตยกรรมที่มาจากมือถือและขยายไปถึงศูนย์ข้อมูล แต่ไม่ต้องผ่านย่านใกล้เคียงที่เป็นพีซี ซึ่งหมายความว่าไม่มีชุดคุณลักษณะที่จำเป็นสำหรับเกมพีซีในปัจจุบัน นั่นคือเหตุผลที่แม้ว่าการปรากฏของ Fantasy I อาจชวนให้นึกถึง Gaming GPU หรือมันดูไม่จริงจังกับสีเหล่านั้น แต่จริงๆ แล้วพวกมันมีไว้สำหรับคลาวด์คอมพิวติ้ง แม้ว่ามันจะเป็นรุ่นแรกก็ตาม เรากำลังเผชิญกับอนาคตที่การ์ดกราฟิกไม่ได้อยู่ในมือของผู้ใช้ แต่อยู่ในเซิร์ฟเวอร์หรือไม่?

ไม่ว่าในกรณีใด จีนในฐานะมหาอำนาจคู่แข่งของสหรัฐอเมริกาจำเป็นต้องเป็นอิสระจากมุมมองทางเทคโนโลยีโดยสิ้นเชิง และนี่หมายถึงการสร้างโซลูชันของตนเองนอกเหนือจากโซลูชันคลาสสิกจาก NVIDIA, Intel และ AMD ซึ่งเราจำได้ว่าเป็นบริษัทอเมริกัน