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现在的游戏手机,飚GPU跑分是远远不够的

时间:2019-07-31 作者:黄烨锋 阅读:
当我们说一款手机游戏性能表现好的时候,究竟是在说什么?就常规来看,大部分情况下是在说这款手机的配置如何,或者说手机SoC的GPU部分图形运算能力、CPU的drawcall开销和驱动效率怎么样,以及手机整体设计的散热、持续性能表现如何。但又或许,这个理解还是太片面了。联发科技无线产品软件开发本部总经理曾宝庆,在联发科技Helio G90系列暨HyperEngine技术发布会上说:“以往强调的,多半是硬件能力。这个不是不好,只是硬件已经到了某一个程度,再往上是体验更重要的。我们关注在体验。”

“我们对不同游戏进行了观察研究,玩一场游戏要赢的关键因素是什么?”Xs2EETC-电子工程专辑

当我们说一款手机游戏性能表现好的时候,究竟是在说什么?就常规来看,大部分情况下是在说这款手机的配置如何,或者说手机SoC的GPU部分图形运算能力、CPU的drawcall开销和驱动效率怎么样,以及手机整体设计的散热、持续性能表现如何。Xs2EETC-电子工程专辑

但又或许,这个理解还是太片面了。联发科技无线产品软件开发本部总经理曾宝庆,在联发科技Helio G90系列暨HyperEngine技术发布会上说:“以往强调的,多半是硬件能力。这个不是不好,只是硬件已经到了某一个程度,再往上是体验更重要的。我们关注在体验。”Xs2EETC-电子工程专辑

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图片来源:联发科Xs2EETC-电子工程专辑

体验是什么?如果我们不聊传统意义上的“硬件能力”,在描绘游戏手机的时候又能说些什么?“玩游戏都是想玩就玩,不会等到信号很好的时候才玩。”这是联发科技无线通信事业部技术行销处处长李俊男在举例“体验”时说的一句话,似乎直指了我们在日常游戏时的一些痛点,比如在地铁、火车这类高速移动的场合玩游戏,连接稳定性总是不能让人满意。Xs2EETC-电子工程专辑

“玩一场游戏,我们总是想要赢的。如何赢得比赛,包括了很多因素,比如触控反应快慢、多快能发招、网络能不能跟得上,这些都是完整配套的。重要的是稳定,如何让用户流畅地玩游戏、痛痛快快地打赢,这是我们一直在观察和研究的。”Xs2EETC-电子工程专辑

Mali-G76 GPU能赢吗?

联发科昨日在上海发布了Helio G90/G90T,定位是游戏手机SoC。Helio G90系列配置主体包括了CPU部分两大核+六小核的设计,两颗最高2.0GHz/2.06GHz主频的A76核心,六颗最高2.0GHz主频的A55核心;GPU部分则为Mali-G76 MC4(这里的MC4,我们推测应该是指四个shader core)。两颗SoC均采用12nm工艺。实际从这些配置参数都不难发现,Helio G90/G90T在产品定位上并非旗舰,而更靠向中端手机设备。Xs2EETC-电子工程专辑

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Helio G90/G90T都配备了神经网络执行专核,在联发科这里叫APU;ISP部分,G90T最高支持至6400万像素的摄像头——这也顺应了三星ISOCELL Bright GW1,以及索尼很可能接下来也要推出的6400万像素CSI的潮流。Xs2EETC-电子工程专辑

其他有关这两颗SoC的亮点还包括了,Helio G90T支持屏幕刷新率至90Hz,这也是手机行业的一个新方向:一加 7 Pro在采用90Hz刷新率屏幕后取得了不错的市场反响;另外Helio G90T还支持“双单字语音唤醒”(或者叫双语音唤醒),意为如果某款手机内置两个语音助手,就需要两个唤醒词,G90T提供这种原生支持。Xs2EETC-电子工程专辑

既然是游戏SoC,那么我们着重就聊聊“游戏”。Helio G90系列所用的Mali G76 GPU实际并不是很新的GPU方案了,不过这基本也是联发科现阶段能够用上的最高配GPU,毕竟ARM Mali G77仍需一个周期才会应用到实际产品中。上半年三星Exynos 9820和海思麒麟980,都用到了Mali G76,不过shader core规模大很多。Xs2EETC-电子工程专辑

实际上,除了华为这样的厂商会在中端产品中考虑用ARM的Mali G5x系列,其他Mali系SoC制造商都倾向于仍在中端产品中采用Mali G7x系列,只不过在核心规模上相较旗舰SoC做缩减。这也符合联发科的一贯风格。Xs2EETC-电子工程专辑

Mali G76相比G72堪称完成了一次能效和性能飞跃,而且G76是真正完全体的Bifrost架构,首次换掉了Midgard时代的Texture单元。在各向异性过滤方面,终于让Mali在游戏画质上达到与Adreno同一水准。就AnandTech先前的测试来看,Exynos 9820和骁龙855的性能和能效就已经十分接近。这也是ARM mali GPU在性能和能效方面第一次如此接近高通骁龙Adreno GPU。Xs2EETC-电子工程专辑

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联发科技无线通信事业部协理李彦辑博士,为了配合游戏主题,发言者腰间都特别配了一支抢Xs2EETC-电子工程专辑

联发科Helio G90/G90T虽然在shader核心数量和主频规模方面,还无法和Exynos 9820与麒麟980这些旗舰SoC叫板——毕竟这是两颗中端定位的SoC。但相比更早的Helio P60/P70所用的Mali G72MP3,在图形计算方面已经获得了很大程度的提升。Xs2EETC-电子工程专辑

联发科技无线通信事业部协理李彦辑博士在发布会上,将Helio G90/G90T与高通骁龙730/730G进行了比较。后者的GPU部分配置为Adreno 618(730G的GPU频率相较730会略高)。鉴于Adreno在架构方面始终是个黑匣子,我们很难就Adreno和Mali做理论分析。Xs2EETC-电子工程专辑

在前不久的华为nova 5发布会上,华为也特别将麒麟810和骁龙730进行了比较,不过麒麟810所用的GPU是架构规模更小的Mali G52——只是海思将G52的shader核心数魔改到了6颗。就G52架构本身的弱势加上shader数量增大,我们猜测,联发科Helio G90/G90T在GPU绝对性能方面和麒麟810应该是同一水平,不过Helio G90架构部分的能效可能会更占优。Xs2EETC-电子工程专辑

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就图形性能比较,联发科官方公布的数据显示,Helio G90T的曼哈顿ES3.0离屏渲染测试,性能相比骁龙730高出26%;安兔兔3D测试,Helio G90T领先骁龙730约14%,较骁龙730G高出5%;另外还包括3D Mark的Vulkan性能测试,“我们在Helio G90T上,对Vulkan也做了很好的支持。”Xs2EETC-电子工程专辑

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就游戏实测部分,《荒野行动》画质开启高帧率+高清的情况下,Helio G90T相比骁龙730G和730更稳。有趣的是,联发科在发布会上,就部分游戏帧率比较还拉来了高通骁龙855——理论上,Helio G90/G90T的GPU规模和骁龙855应该是没法比的。这种比较还需要考虑游戏能否发挥GPU的全部实力,注意这张表中《和平精英》(原《刺激战场》)的画质只开到了“流畅”,应该还不足以发挥骁龙855及Adreno 640的全部实力。Xs2EETC-电子工程专辑

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另外,游戏实测对比还需要考虑到手机的结构工程差异,而不光是SoC和GPU本身的性能表现。比如手机的散热设计,这样GPU的持续性能才更能发挥得宜。Xs2EETC-电子工程专辑

不过联发科Helio G90T能达到这样的成绩也已经非常亮眼了,尤其考虑到其中端定位。而其游戏帧率稳定性表现,更多依赖的还不光是GPU本身的持续性能输出,而是联发科这次主推的另外一个叫做“HyperEngine”的技术。Xs2EETC-电子工程专辑

似乎怎么打赢手机游戏,是联发科这次思考的重点。Xs2EETC-电子工程专辑

打赢游戏要靠:资源调度、画质、操控

GPU部分的绝对性能并非联发科此次宣传的重点,而联发科对于游戏芯片的理解,也不在跑分成绩上。如何“赢”得游戏,体现在几个层面,包括负载调控、画质、操控体验,以及网络延迟四个方面。Xs2EETC-电子工程专辑

“人对卡顿的感觉,不是平均60fps就觉得玩起来很流畅。如果这个游戏玩起来是时快时慢的,体验就会变差,时快时慢就是最糟糕的体验了。那还不如帧率是稳定的。我们玩游戏进行操作的过程里,按下去的反应和看到画面的反应,可预测的才是最好的;当每次延迟都是固定的时候,效果才会比较好。”Xs2EETC-电子工程专辑

这是李俊男在谈HyperEngine的“智能负载调控引擎”时提到的。实际上HyperEngine主要着力于四个方向,分别是智能负载调控引擎(Resource Management Engine)、画质优化引擎(Picture Quality Engine)、操控优化引擎(Rapid Response Engine),以及在我们看来最重要的网络优化引擎(Networking Engine)。Xs2EETC-电子工程专辑

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联发科技无线通信事业部技术行销处处长李俊男Xs2EETC-电子工程专辑

“高帧率不代表不卡顿。输出稳定,不会忽快忽慢才是真正的流畅。”这是智能负载调控引擎部分在做的工作。智能负载调控引擎的核心是根据游戏场景所需,对CPU、GPU、DRAM资源进行相对智能的调度,“预测系统负载,用刚好的力量画完每一帧”。Xs2EETC-电子工程专辑

这一点实际和华为的GPU Turbo还是颇为异曲同工的,不知道这种负载优化技术是否也需要针对不同的游戏做事先的深度学习training操作。Xs2EETC-电子工程专辑

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在和骁龙730G的对比中,就《流星蝴蝶刀剑》这款游戏跑2分钟,联发科着力对比了三款SoC每分钟帧率发生掉落的频率(帧率小幅下滑在联发科这里叫“小卡顿”,大幅摇摆则交“大卡”)。抛开平均帧率不谈,骁龙730G的表现也是不够稳定的,每分钟帧率掉落次数达到5.5次。“可以推测730G的调度可能不是太好,调度引擎不是太智能,所以有时候跑得快,有时候跑得慢。”“有的时候,它可能在做别的事情。”Xs2EETC-电子工程专辑

“以我们很多测试和游戏玩家的测试,我们发现一个标准,每分钟≤2次小卡顿,玩家就会觉得是流畅的。这也是我们做系统设计时对自己的要求。”Xs2EETC-电子工程专辑

麒麟810实际也具备类似的“智能调度”策略,所以Helio G90/G90T与麒麟810的对比,或许会是未来更值得我们关注的。而在联发科入局这种操作方式以后,手机SoC制造商以后恐怕会将这种方案作为标配。Xs2EETC-电子工程专辑

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第二,联发科的“画质优化引擎”,实际更像是画面的HDR dithering技术——这在电视领域很常见,近些年也开始逐渐下放给手机,不过以前的着力点是视频观看。今年早前,pixelworks宣布和高通合作,某些定制版本的骁龙855集成了Soft Iris实际也能达成类似的效果。包括黑鲨、诺基亚7.1等手机已经开始应用类似的技术。Xs2EETC-电子工程专辑

只不过要专门应用于游戏,必然是需要开发者做配合的,看起来联发科在这一局中也开始先发制人了。从李俊男提到已经开始跟不少游戏生态合作伙伴合作就不难发现,这属于相对主动的出击。这里的画质优化,并非相关GPU的各向异性过滤、锐化之类的图形渲染质量,而是游戏画面本身的对比度、明亮度、宽容度等属性,做到对HDR10的支持。用李俊男的话来说:“别人看不到,你却看得到,是很重要的事情。”Xs2EETC-电子工程专辑

这部分,联发科的确借鉴了其电视芯片领域的经验,采用Local Tone Mapping的方式进行画面亮度的局部调控,用以实现画面更高的宽容度——这一点就实际应用来看,似乎对看视频和HDR电影,也会有很好的效果。演示中对比的是游戏《明日之后》的画面,Helio G90/G90T调控下的画面暗部会呈现出更多的细节。“这是跟《明日之后》的团队合作,他们也觉得我们这一代引擎带来的效果很好。”李俊男说。游戏中,能看到草丛了,人家看不到,这是游戏对战的决胜关键。Xs2EETC-电子工程专辑

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第三是“操控优化引擎”。提操控优化,首先能想到的应该是屏幕触控层采样率,以及显示层刷新率的提升,比如触控从120Hz提升到240Hz,显示刷新率提升到90Hz。联发科是从芯片的角度,在触控和显示之间,提供“芯片级优化”,“降低中间的延迟”。Xs2EETC-电子工程专辑

“从芯片收到触控操作的信号,到把结果画出来,我们做了很多技术优化。我们这部分的延迟大概在16ms,竞争对手约在40ms。如果在这个阶段就需要花到40ms的延迟,加上网络等各类延迟,最终游戏体验就会差很多,所以我们做了2.5倍的提升。”Xs2EETC-电子工程专辑

用通俗的话来说,操控优化引擎着力解决的是在玩《王者荣耀》这类游戏时,按下发招按键的直接响应速度有多快。很多高段位的王者荣耀玩家对这部分一定也深有体会。Xs2EETC-电子工程专辑

打赢游戏还需要:网络低延迟

“玩游戏都是想玩就玩,不会等到信号很好的时候才玩。”这句话好像真的戳到众多手游爱好者的痛点了。HyperEngine的网络优化引擎的逻辑是这样的:在网络拥塞时,WiFi、LTE可以并用,与此同时还能实现WiFi 2.4GHz与5GHz双频段的并发,以实现游戏延迟的大幅降低。Xs2EETC-电子工程专辑

“以13毫秒的速度,智能预测环境状况,进行WiFi并发,或者WiFi/LTE并发。软件类的方案需要用到113毫秒,速度慢了10倍。”Xs2EETC-电子工程专辑

华为去年曾经在荣耀手机上推出过一个叫做“Link Turbo”的技术,核心就是同时利用WiFi和4G LTE来提升手机的网络通讯能力,可以智能地在WiFi和LTE之间,选择其中一路,或者同时用两路来改善体验。这项技术需要MP-TCP做适配——这项技术也不新鲜,iOS也有相应的API给开发者提供。Xs2EETC-电子工程专辑

HyperEngine中强调的“网络优化引擎”听起来和Link Turbo有些类似。不过曾宝庆表示:“我们的并发技术是重在时延latency部分的,友商则偏向于吞吐throughput。我们认为throughput的提升,应用场景并不多。但时延的提升,比如游戏、需要快速反应的相关场景,就会比较重要。”Xs2EETC-电子工程专辑

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作为联发科合作伙伴的腾讯手游加速器负责人宁斌晖在会上介绍说,实际在去年3月,腾讯就和联发科成立了联合实验室。到今年,腾讯的CROS技术团队推出MT-Storm多网路加速引擎,芯片层面的支持就是由联发科提供的——这也是WiFi双发合作方案的开始。所以包括《和平精英》《火影忍者》《王者荣耀》《QQ飞车》等腾讯系的主流游戏都支持HyperEngine的这项特性。Xs2EETC-电子工程专辑

李俊男说:“通常我们认为,100ms是流畅的,200ms就会感觉到卡顿了。我们要将延迟控制在100ms以下。”在联发科提供的数据中,在类似地下室这样信号不好的场景,4G信号相对偏弱,Helio G90T游戏中大约98%的时间里,游戏延迟都低于100ms,而对比的骁龙855、骁龙730G情况就没这么乐观了。相对的,咖啡厅场景,WiFi网络拥塞,Helio G90T也能够在60%的时间里,将延迟控制在100ms以下。Xs2EETC-电子工程专辑

不知道这组对比的实验环境是什么样,信号表现毕竟还需要综合考量基带、射频、天线,甚至手机设计的结构工程。如果在同等条件下做多组测试能够达到这样的成绩,对游戏爱好者而言的确是福音,尤其通勤时间玩游戏的网络调度。毕竟在地铁上玩《王者荣耀》因为网络问题导致满盘皆输的状况实在是多之又多。Xs2EETC-电子工程专辑

联发科为此特别拿出了第三方认证机构的背书:Helio G90/G90T是全球首款拿到德国莱茵TUV手机网络游戏体验认证的芯片平台,在抗握姿干扰能力、复杂网络环境体验、平台网络封包并发能力方面都表现出色。联发科公开的Helio G90/G90T各项子项测试都优于骁龙855这样的对手,看起来对这项技术是信心十足的。Xs2EETC-电子工程专辑

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在综合了网络延迟≤100ms,针对触控->显示进行芯片处理的延迟≤16ms,智能负载调控≤2次小卡/分钟,以及画质提升的Local Tone Mapping局部调光策略,是联发科眼中取得游戏胜利的几个重要条件。这些特点组成了HyperEngine技术,以及Helio G90/G90T SoC。Xs2EETC-电子工程专辑

这个想法还是在“游戏”SoC的概念上给了我们惊喜的,只是在生态方面仍然需要开发者的配合,才能体现这种软硬结合做到真正理想的体验。李俊男表示,HyperEngine技术未来还会应用到联发科更多的芯片系列中,而不只是最新的“G”系列。Xs2EETC-电子工程专辑

联发科技无线通信事业部协理李彦辑博士特别援引了Newzoo 2018年的数据,手游用户达到了22亿人次,而亚洲占到手游营收的64%,这是个巨大的市场。当前手机SoC市场留给联发科的空间并不多,如果联发科能够将生态搭建好,配合游戏平台企业做深入,这或许是联发科在手机领域开拓细分市场、提高营收的一个机会。Xs2EETC-电子工程专辑

所以合作伙伴的加入对联发科的细分市场策略成功与否关系重大。 “游戏生态部分,我们跟一些重要的伙伴都有合作,比如像腾讯——WiFi双发我们跟腾讯就有深度的合作,腾讯的重点游戏几乎都支持”。Xs2EETC-电子工程专辑

与此同时,小米Redmi品牌总经理卢伟冰也特别到现场宣布了与联发科的合作。想必很快就会看到搭载Helio G90/G90T的Redmi手机产品问世。Xs2EETC-电子工程专辑

更多发布会花絮:Xs2EETC-电子工程专辑

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发布会场外的Coser们,映衬了本次的游戏主题Xs2EETC-电子工程专辑

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现场演示中的Local Tone Mapping技术,不过由于拍摄测光差别、屏幕本身的表现力,照片可能很难表现出差异Xs2EETC-电子工程专辑

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演示中的来电不掉线特性,游戏时不受电话呼入影响,持续在线,最多减少1-20秒来电呼入造成的游戏数据丢失Xs2EETC-电子工程专辑

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黄烨锋
欧阳洋葱,编辑、上海记者,专注成像、移动与半导体,热爱理论技术研究。
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