今年是Imagination的PowerVR架构诞生30周年——我们最近特别采访了Imagination,以期了解这段颇具传奇色彩的架构历史。Imagination告诉我们1992年PowerVR刚刚诞生之时,公司还叫作VideoLogic——这家公司创立至今已经有37年的历史了。

今年是Imagination的PowerVR架构诞生30周年——我们最近特别采访了Imagination,以期了解这段颇具传奇色彩的架构历史。Imagination告诉我们1992年PowerVR刚刚诞生之时,公司还叫作VideoLogic——这家公司创立至今已经有37年的历史了。

翻看GPU发展史,Imagination还真是参与到了此前图形加速卡众神厮杀、生态你追我赶的时代。Imagination公司的元老之一Simon Fenney(现在是Imagination的Research Fellow)前些年还在博客上回顾了1997年Imagination的PowerVR,与S3 Virge、ATI Rage,还有和3dfx之间的比较。这些名字都算相当久远了吧。

Imagination也将参与即将于11月10日在深圳大中华交易广场举办的IIC深圳(2022国际集成电路展览会暨研讨会)。届时Imagination中国区董事长白农将在同期举办的全球CEO峰会上发表主题演讲。IIC是由Aspencore主办的电子产业权威交流平台。展会设置IC设计专区、分销与供应链专区、综合展区等,集合了国际国内最顶尖的电子科技产业领袖。同期还将举办全球CEO峰会、全球分销与供应链领袖峰会、国际工业4.0 技术与应用论坛及第24届高效电源管理及功率器件论坛。点击这里报名参会

借着PowerVR 30周年之际,我们来聊聊PowerVR这些年的发展——多少也能从中窥见GPU的历史之路。尤其Imagination格外拿手的TBDR(分块延迟渲染),到现在应用于移动平台的Photon光追架构,也算是GPU发展史的一支了。本系列文章会分成上下两篇,上篇简单回顾PowerVR这30年走过的历史,下篇则将从技术角度来剖析Imagination引以为傲的TBDR架构。

游戏机,PowerVR声名鹊起的最初

现在大部分同学了解Imagination PowerVR应该是基于其在移动市场的表现。不过作为一个80年代就建立的企业,Imagination在建立后不久,图形技术和市场本身也开始了井喷式的发展。最初VideoLogic在图形、声音加速、家庭音频系统、视频捕捉、视频会议系统上都有涉足。不过1992年,公司开启了一个新项目,也就是后来的PowerVR。

Simon Fenney也是这一时期加入的公司。他在博客中说,1992年公司开启了一个名为Trident Project的项目。根据Simon的回忆,Martin Ashton、Tony McClaren和他三人,促成了现在PowerVR GPU的TBDR(Tile-Based Deferred Rendering)架构雏形。

Imagination在采访中说:“第一代设备(从1992-1993年的原型到1995年左右推出的PCX1和PCX2)使用较低级别的基元(primitive),也就是无限平面(infinite plane)来进行物体建模。”“尽管无限平面基元的效率可能不错,但问题在于业界只使用三角形(或四边形)。”所以“第二代设备ARC1、CLX2(用于世嘉Dreamcast)和‘Neon 250’开始使用三角形渲染。”...“后来的几代产品增加了着色器(shader)并且可以在移动设备上进行硬件图形处理。但所有这几代产品的共同点是底层TBDR技术。”

Trident FPGA板,来源:Imagination Blog

最初的FPGA原型板,被Imagination称作是首个基于TBDR的板。这块板曾亮相于SIGGRAPH 93。不过Simon说,最初带着这块板四处去宣传的过程并不算顺利,花了好大的功夫才有机会向潜在客户做演示。起初一行人将产品定位于当时很火的街机系统。

当时VideoLogic选择了与NEC合作,最初就有了技术授权方面的动作。PowerVR Series 1的目标市场就是街机系统。在原型产品Midas 1和2之后,真正出现在市场上的是Midas 3。

从介绍来看,Midas 3至少包含了ISP(Image Synthesis Processor)和TSP(Texture and Shading Processor)以及一颗桥接芯片。ISP可以弹性扩展,街机可以用2-4个ISP。这里可以看出当年的图形加速卡和现在的GPU还是有很大差别的。Midas 3也应用到了PC设备上,出现在了彼时康柏(Compaq)的机器里。

PowerVR PCX1

Imagination所说的PCX1实际上也就是Midas 4:基本是将3颗Midas 3芯片放到1颗芯片中(如图),基于0.5μm工艺,PCI接口、64bit 4MB显存、核心频率60MHz。据说当年康柏希望只用1MB或2MB的RAM,VideoLogic则努力说服康柏4MB才是PCX1的最佳搭配。

后续的PCX2工艺提升到了0.35μm;其中新增了双线性过滤(bilinear filtering),简化了驱动工作,同时核心频率进一步增加。据说当时采用PCX2芯片的Apocalypse 3DX显卡在性能上超越了彼时的Voodoo。当时有报道说PowerVR Series 1的市场份额曾达到仅次于3dfx Voodoo的程度。

初期真正令PowerVR名声大噪的恐怕是PowerVR Series 2进入到了世嘉的Dreamcast游戏机中(这段历史还有3dfx、英伟达参与的爱恨情仇,有兴趣的同学一定要去查一查)——也就是土星机的后继者,发布于1998年底;同期PowerVR Series 2也进入到了世嘉Naomi街机中。

这代产品也是和NEC合作的。凭借着这代产品,到1999年NEC光是出货给世嘉的PowerVR Series 2芯片就超过了100万。从可循的资料来看,DC游戏机的出货量超过了1000万台。

改名Imagination,与移动设备图形计算现代化

对前期的VideoLogic而言,1999 年PowerVR还迎来了ST(意法半导体)这个大客户,当时ST面向PC的图形与视频加速卡就是采用Imagination的PowerVR Series 3,代号叫Kryo。这代产品支持DX6、EMBM(environment bump map),只不过并不支持当时崛起的硬件T&L(tranform, clipping, and lighting)。值得一提的是,得益于TBDR架构,Kyro的核心面积很小、发热也低,所用晶体管数量远低于同期竞品。

另外这一年的一个大事件是,公司正式改名为Imagination Technologies:也不光是改名,在策略上同时转向了专注在IP授权方向。根据Imagination的说法,是要在街机、家用游戏主机、PC等市场之外,持续做扩展,所以选择了将注意力集中到IP授权。

当年的Hercules 3D Prophet 4000XT显卡,基于Kyro芯片

Imagination和ST同类型产品合作还是延续了好些年的。2001年的Kyro II有段时间在欧洲市场被称作MX400杀手。但PowerVR也是直到计划中的Kyro III,也就是基于PowerVR Series 4的显卡,才正式加入了硬件T&L支持;只不过这一时期ST已经决定关闭图形业务了,Kyro III也就未能正式问世。同期的桌面显卡混战局面宣告结束。

不过也是这一时期 - 2001年之后,Imagination在移动、汽车和医疗市场开始有所斩获。PowerVR在移动图形市场大获成功的是PowerVR MBX;MBX以及之后的SGX(Series 5),更是让Imagination在移动市场全面开花。当时这俩架构授权给了包括Intel、德州仪器、三星、NEC、NXP、Freescale、瑞萨、Sunplus在内的多个市场巨擘。

回顾最初进入移动市场,Imagination(90年代后期)认为当时移动设备的图形处理能力都非常弱,PowerVR一定能够凭借低功耗设计,在移动视觉应用上掀起新的浪潮。PowerVR MBX除了TBDR架构之外,也开始采用现在很多人应该都知道的PVRTC纹理压缩技术——现在类似的技术似乎稀松平常了,在当时却相当具有开创性。

实际在图形管线的数据压缩上,我们在之前的解析文章里也提到过Imagination目前的技术方案。作为节约带宽、提升效率的重要技术组成,Imagination此前还将渲染过程中几乎所有数据,都做了压缩。这其中除了PVRTC纹理压缩(还有ASTC等)以外,还包括图像压缩IMGIC(接替了此前的PVRIC),和几何压缩PVRGC。当然这就是后话了,尤其IMGIC是近代架构更新中才引入的。

2005年PowerVR SGX架构问世,首个SGX核心面向的就是主流、高性能移动图形计算,特性方面能够全面满足OpenGL ES 2.0 shader需求;这代产品也随之引入了PowerVR视频编解码IP。

于是这一时期前后,Imagination GPU相继出现在了苹果iPhone、诺基亚N96、索爱P1、摩托罗拉刀锋等明星手机产品中。另外对Imagination而言,颇具标志性意义的一件事情也在于到2012年,SGX架构(Series 5XT)进驻索尼游戏掌机PS Vita——算是睽违多年的市场,Imagination对此还是颇为津津乐道的。

另外2007年iPhone开始采用PowerVR架构GPU,不仅是对Imagination,对整个移动图形技术市场而言都具备相当价值——开发者生态自此开始大举建立,手机上的3D游戏逐步崛起。与此同时,2014年SGX架构中的Series 5XE开始下探更低功耗的产品,包括可穿戴、IoT和嵌入式应用,甚至还有类似打印机这样的企业级设备。

要说移动设备GPU的技术真正走入大众视野,而不仅限在被一小撮工程师人群所知,应该是2014年Imagination主动找到了媒体,透露了有关其PowerVR Rogue架构的部分技术细节,虽然大部分内容并未阐述详细,却也是普罗大众真正首次了解到原来移动GPU架构是长这样的。

当时Imagination愿意对外公开这些资料,也是因为那一时期移动GPU陷入到“核心数”竞争的怪圈,而Imagination的GPU架构决定了PowerVR在核心数方面并不占优,因此需要向市场科普GPU“核心”究竟是什么的问题。不过不可否认的是,也是从Imagination的这一市场动作开始,其他移动GPU竞争对手也纷纷以更开放的姿态公布属于自己的架构技术与特性。

也是从PowerVR Rogue,也就是Series 6(也包含后续的Series 7,和部分Series 8/9)开始,业界开始留意到PowerVR相较同期的其他移动领域竞争对手领先几个身位的性能和能效表现。这一时期正值iPhone 6热卖,加上iPad Air 2的图形性能,PowerVR Rogue还是惊艳了不少人的。似乎也是从这代产品开始,架构集齐了PVR3C三重压缩的系统级优化。

后续PowerVR Furian架构发布,这代架构继续提升了性能和性能密度。值得一提的是,PowerVR GPU同期开始把触角伸展到了图形渲染之外——这也是当代GPU厂商普遍会走的路。PowerVR同期借助对于OpenCL、Renderscript、Filterscript等的支持,在CV和AI领域发挥作用。

从Imagination提供的数据来看,2001年采用其PowerVR的产品出货量超过1500万;而到了2008年,其消费产品出货量就突破了1亿;2010年这个数字就再度发展至大约2.5亿,2013年跨过10亿大关。2017年Imagination回顾PowerVR架构25周年还提到,PowerVR产品出货量突破40亿,其市场覆盖了电视、流媒体设备、手机、平板、手表、VR、汽车、游戏、Chromebook等。

进入另一个纪元的PowerVR

从Imagination的角度出发,自公司80年代成立至Furian架构发布,公司层面的各种操作也非常多样,光是技术相关的收购操作就一大堆,包括Ensigma、Cross Products Limited、HelloSoft、Caustic Graphics等等。

另外在股权结构上,东家们也算得上你来我往,比如NEC上世纪曾一度持有Imagination 3.5%的股份;Intel则在2006年前后拿到Imagination约2.9%的股份,2009年Intel最高持有Imagination的股份一度高达16.02%;2008年,苹果买下Imagination约3.6%的股份......

这些企业多少也都与PowerVR架构的发展有一些关系,只是并非本文要探讨的重点。2017年9月,私募基金凯桥资本(Canyon Bridge)宣布收购Imagination。两个月后交易就获得通过,Imagination也从伦敦证券交易所摘牌。Imagination在博文中说,自此以后Imagination的历史翻开了新的篇章。

从技术角度来说,PowerVR的确也是在此以后续写了全新的架构。2019年IMG A-Series架构发布,当时我们还对新架构做了剖析。自IMG A-Series之后的架构惊人之处在于性能的大幅跃进,Imagination说A-Series相比此前的PowerVR Series 9,性能密度至多增长了250%。

这代新架构重新设计了ALU,还有HyperLane虚拟化技术以及AI Synergy。当然不变的传统仍然在于TBDR。似乎随A-Series的发布和性能密度的暴涨,这些也给Imagination带来此间20年的首个桌面级GPU授权客户。而且2020年年初,苹果和Imagination又再度签署了多年的授权协议。这也算是Imagination就企业层面面临一波动荡后的回归。

其实在A-Series架构发布会上,Imagination就预告了B-Series、C-Series的存在和性能提升预期——当时看起来还是挺不可思议的。不过很快Imagination还真是发布了IMG B-Series。其中的BXT基于多核弹性化设计,性能提升最高达到了A-Series的4倍。

Innosilicon Fantasy 1

这一时期的重要事件是,Imagination收获了芯动科技(Innosilicon)这个于国内众所周知的客户,IP应用到了芯动的Fantasy风华显卡产品线。目前桌面级的芯动Fantasy 1风华1号和Fantasy2 风华2号显卡均已供货。Imagination提到该产品系列中的Type-A显卡会采用16GB GDDR6x显存、128bit位宽,基于BXT-32-1024提供5 TFLOPS算力;而Type-B则会采用双芯方案,达成最多2倍的性能。

值得一提的是,B-Series也扩展出了BXS家族。这是面向汽车的IP产品,其中有一些专门的特性,比如说Tile Region Protection;据说这也是首个满足ISO 26262安全标准的GPU IP。

PowerVR近代史上十分重要的一件事还在于2021年底发布的IMG C-Series架构。PowerVR Photon光线追踪架构部分应用到了C-Series GPU IP上。就IP层面,在移动平台做硬件级光追加速的,Imagination走得还是相当超前。就光线追踪的技术储备,似乎可以追踪到2010年Imagination收购Caustic Graphics,这就是个做软硬件实时光追图形技术的企业。

Imagination说自家的原型光追硬件,最初是在2016年的CES展会上对外做演示的,按照Imagination宣传的RTLS(光追等级系统)分级标准,处于Level 5(Coherent BVH processing with BVH hardware builder)。基于Photon的CXT架构的目标等级是Level 4(BVH processing with coherency sort in hardware),并完整支持业界标准的Vulkan RT光线查询和光线管线扩展。可见在规划上,Imagination的硬件光追实现具有相对比较长的历史, 在性能上Imagination 犹有余力, 据介绍其产品可以达到更高RT等级。

我们知道,光线追踪对硬件算力和功耗需求很高,于移动平台的暴力实现也并不合理。所以PowerVR在设计上特别加入了“coherency sorting”相干性排序:这一特性会对具有相干性的光线做排序,比如某些材质反射同方向光线做分组,可以达成更高的数据复用率,提升并行ALU管线利用率。Imagination在技术白皮书中说,coherency sorting对于光线追踪的价值,相当于TBDR对于GPU效率的价值。

C-Series中的IMG CXT被Imagination称作现如今在能效方面最先进的光线追踪解决方案,预计基于该架构的实际芯片产品会在2023年问世。这是一个全新的战场,对任何市场参与者而言都如此。另外,Imagination透露不久还将有新产品发布。

实际在2017-2019年前后,Imagination曾面临过多次企业层面的动荡。不过在新篇章的IMG A-Series发布至今,PowerVR仍然以充满活力的方式迎接着电子产业与图形世界的未来。Imagination说到2022年,公司已经在汽车HMI图形市场占据超过50%的份额,移动图形市场占比也超过35%。

这个成绩的获得对拥有30年历史的PowerVR架构而言还是很不容易的。毕竟兜兜转转的几十年GPU发展史,多少原先的市场参与者都已经不在了。其实本文还没怎么涉及到PowerVR计算机视觉和AI产品线。不过在动荡期过后,PowerVR的确正以全新的面貌尝试进驻更多万物互联的市场。本文的下篇,我们会着重描绘Imagination长期以来引以为傲的TBDR技术。

Imagination也将参与即将于11月10日在深圳大中华交易广场举办的IIC深圳(2022国际集成电路展览会暨研讨会)。届时Imagination中国区董事长白农将在同期举办的全球CEO峰会上发表主题演讲。IIC是由Aspencore主办的电子产业权威交流平台。展会设置IC设计专区、分销与供应链专区、综合展区等,集合了国际国内最顶尖的电子科技产业领袖。同期还将举办全球CEO峰会、全球分销与供应链领袖峰会、国际工业4.0 技术与应用论坛及第24届高效电源管理及功率器件论坛。点击这里或扫码报名参会

责编:Luffy
本文为EET电子工程专辑原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 垃圾
阅读全文,请先
您可能感兴趣
Cadence 持续创新并开发了 Cadence Tempus 设计稳健性分析(DRA)套件,提供解决上述问题所需要的分析能力。该套件采用先进的建模算法,赋能工程师分析,识别并纠正对变化极为敏感的关键设计要素,包括适用于模块级的 Tempus ECO Options 和子系统/全芯片级的 Cadence Certus 收敛解决方案,两者皆可在 Innovus 设计实现系统中调用。
虽然人工智能和机器学习的应用越来越广泛,但在繁杂的电子设计中,能够帮助工程师实现什么类型的决策呢?工程师又将如何看待在设计中让人工智能进行这些决策呢?本文所揭示的一个设计趋势是,绝大多数的工程师们都信任人工智能,认为它们会在建模设计、元器件选型、加快新产品上市方面发挥越来越大的作用。
目前中国合作伙伴基于Arm架构芯片的总出货量已累计超过300亿颗,Arm在中国有近400家技术授权客户和超过400万名开发者,其所构建的Arm全面计算解决方案(Total Compute Solutions)、Arm Neoverse™平台、Arm Corstone™、SOAFEE等解决方案,为合作伙伴加快产品上市进程,并实现差异化提供了坚实的基础。
当前,随着大中华区8英寸晶圆代工产能的提升,以及消费需求减弱、无晶圆厂行业增长放缓,全球的半导体行业都在受到影响。由于整个无晶圆行业要求代工厂降价,预计晶圆代工企业的盈利能力将进一步下滑,甚至有人预测2024年的销售额将下降。有业内人士预测,晶圆代工行业的复苏要等到2024年下半年。
在最近举行的第三届上海临港全球半导体大会上,Chiplet与先进封装技术论坛成为大会最为吸引人的论坛之一,这已经成为半导体业界值得关注的热点。那么,Chiplet与先进封装技术能否延续摩尔定律而成为未来10-30年持续提升计算性能密度和能效的可行技术呢?这对中国半导体的未来发展有什么启发和机遇? 本次论坛邀请到半导体封测、Chiplet及互联设计,以及先进封装的多物理仿真等技术领域的专家为现场观众带来了一场最新的Chiplet与先进封装技术和市场趋势讲座。
从低功耗设计验证工具LPC,到门级功耗静态分析工具GPA,再到RTL级功耗分析工具RPA,英诺达在低功耗设计EDA工具道路上一年内连迈三大步,书写着本土EDA一次又一次的创新突破。
根据TrendForce集邦咨询最新OLED技术及市场发展分析报告统计,在近期发表的摺叠新机中,UTG的市场渗透率已逾九成,随着摺叠手机规模持续成长,预估2023年UTG产值将达3.6亿美元;2024年可望挑战6亿美元。
随着终端及IC客户库存陆续消化至较为健康的水位,及下半年iPhone、Android阵营推出新机等有利因素,带动第三季智能手机、笔电相关零部件急单涌现,但高通胀风险仍在,短期市况依旧不明朗,故此波备货仅以急单方式进行。此外,台积电(TSMC)、三星(Samsung)3nm高价制程贡献营收亦对产值带来正面效益,带动2023年第三季前十大晶圆代工业者产值为282.9亿美元,环比增长7.9%。
治精微推出具过压保护OVP、低功耗、高精度运放ZJA3018
无线技术每天都在拯救生命,有些非常方式是人们意想不到的。在美国加利福尼亚州Scotts Valley,一名路过的慢跑者发现一处住宅冒出火焰后,按响了门铃,试图通知屋主。屋主不在家中,但无线门铃连接到了智能家居中枢,提醒屋主慢跑者试图联系。屋主立即向他提供了安全密码,让他跑进房子,从火场中救出了宠物。
点击左上角“锂电联盟会长”,即可关注!锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌来工作。随着能源汽车等下游产业不断发展,锂离子电池的生产规模正在不断扩大。本文
请点击上方蓝色字体“权衡财经”进行关注,建立深度阅读关系!右上角“…”设为星标⭐文:权衡财经研究员 王心怡编:许辉id: iqhcj金属钨是一种稀缺和不可替代的战略性资源,属于高熔点、高比重、高硬度的
11月9日是主题为“预防为主,生命至上”的第32个全国消防安全日,当天,智能建筑电气技术杂志《IBE Talks》栏目第27期特邀请中国勘察设计协会电气分会副会长、清华大学建筑设计研究院有限公司电气总
一前言随着信息技术和半导体技术的快速发展,电子产品的类型和功能模块日益多样化,对此要求的传输速率也日益提高,在模块集成度多和传输速率提高的背景下,噪声的耦合问题不可避免的日益增多起来。二整改案例今天分
AMD Vitis™ 高层次综合 ( HLS ) 已成为自适应 SoC 及 FPGA 产品设计领域的一项颠覆性技术,可在创建定制硬件设计时实现更高层次的抽象并提高生产力。Vitis HLS 通过将 C
点击左上角“锂电联盟会长”,即可关注!文 章 信 息干法改性工艺新认识,助力锂离子电池高镍正极材料实现高结构稳定和热稳定性能第一作者:吴锋通讯作者:苏岳锋*,陈来*通讯单位:北京理工大学,北京理工大学
本文来源:物联传媒“2023‘物联之星’中国物联网行业年度榜单” 评选活动正在火热进行中!为深度挖掘物联网领域的优秀企业、创新产品和优秀项目,审读年度热门领域和发展方向,推动物联网行业的普及与宣传,促
点击左上方蓝色“一口Linux”,选择“设为星标”第一时间看干货文章 ☞【干货】嵌入式驱动工程师学习路线☞【干货】一个可以写到简历的基于Linux物联网综合项目☞【干货】Linux嵌入式知识点-思维导
 /记得星标我/比大部分人早一步看见未来乡村振兴,产业兴旺是重点。今年是加快建设农业强国的起步之年,在陕西,陕西移动依托自身信息技术优势,在电子商务、养殖业、农业等方面注智赋能,推动特色产业稳步发展,
近日,懂车帝在漠河举办2023年“懂车帝冬测”活动,问界、小鹏、理想、比亚迪、特斯拉等主流19款新能源车型,进行冬季性能测试。其中,发布的关于在严寒情况下的插电混动车型纯电续航达成率测试结果,其中华为