加速移动端硬件光追普及，Imagination推出IMG DXT

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）2022年，智能手机产业一个显著的变化是，主流的安卓手机处理器厂商都在自家的旗舰芯片上提供硬件光追技术，以求带来更好的移动端游戏体验。与此同时，在VR场景中，为了更好地实现3D场景中的沉浸式体验，硬件光追技术也在快速更新迭代。
 
不过，在Imagination建立的光线追踪等级系统（RTLS）中，这些面向移动端的硬件光追方案，大都处于level 2到level 3.5级别之间，且由于功耗、计算资源等方面的限制，仅仅在旗舰级SoC方案上提供。为了进一步提升硬件光追在移动端设备里的普惠性，Imagination于1月11日正式宣布推出D系列的首款产品——IMG DXT。

硬件光追为移动端带来极致体验

在PC和游戏主机等设备上，光线追踪目前是大热的技术，是运行大型AAA级游戏必备的技术，在阴影、景深、运动模糊、间接照明等方面带来巨大的提升，使得游戏场景更加贴近于人眼所看到的真实的光线效果。因此，游戏玩家对光线追踪技术爱不释手。
 
当前，游戏玩家正在从传统PC/主机向移动端迁移。根据数据统计媒体GamesIndustry.biz的统计数据，2020年全球游戏产业总值达1749亿美元，其中移动端贡献了863亿美元，占比达到49%。在中国市场，根据弗若斯特沙利文的统计数据，2021年中国手机游戏市场规模为2639亿元，在整体网络游戏市场中的贡献比高达83.75%。
 
不仅玩家数量和市场规模逐渐提升，并且移动端游戏体量也在爆发性增长。根据《中国移动游戏行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》，当前APRG/MMORPG(角色扮演类)、MOBA(多人在线战术竞技类)与射击类三大类游戏汇集了绝大多数的移动端游戏玩家。而这些游戏的体量都比较大，场景也更为复杂。
 
Imagination中国区技术总监艾克表示，手机游戏有三个值得关注的趋势：其一是玩家更加强调沉浸式的游戏体验，玩家在游戏中的关注点更加细腻；其二是玩家希望有更高的游戏性能体验，尤其是在AAA级大型游戏里；其三是游戏时长变得更长，对手机续航提出了更高的挑战。
 
 
 
大型游戏在移动端已经逐渐成为主流，并且玩家对游戏场景的要求也越来越挑剔。国游戏研究机构EEDAR此前在市场调研报告中指出，图像和玩法、市场、社交、剧情是游戏玩家评判一款游戏的前五大要素。这便是硬件光追在移动端风起的大背景。通过硬件光追技术，游戏开发者能够实现更纯粹的游戏特效，玩家在游戏中能够接收到更多的视觉要素，尤其是在软阴影、镜面反射与折射方面，进一步提升游戏的沉浸式体验。
 
下图是Imagination分享的一份硬件光追效果图。能够看到，当硬件光追开启后，游戏画面中呈现出更多的场景元素，场景中不同物体相对应镜面反射的角度和位置更加符合人眼的真实视觉。并且，通过对环境光的遮蔽处理，能够在物体阴影中看到更多的细节，让画面更加细腻。通过这些效果增强，很明显能够感受到，拥有硬件光追加持的游戏效果更加立体逼真，层次感更强。
 
 
 
实际上，在主流厂商推广硬件光追之前，也有部分厂商尝试使用软件算法去实现光追渲染，这实际上就是Imagination定义的level 1级的光追技术。这种方式对于处理器的算力资源以及设备能量有巨大的消耗，在移动端难以推广开来。
 
当然，目前市面上的硬件光追技术也有一些亟待解决的挑战存在。比如现阶段的方案追求顶级的游戏效果呈现，无法做到可配置，这样主流机型和高端机型很难能用上相应的技术，对于光线追踪技术在移动端的普及有很大的掣肘；另外，目前移动端的硬件光追依然对设备续航有较为明显的影响，影响用户的体验；当然还有第三点，那就是生态问题，目前支持光追的移动端游戏数量还比较有限，主要就是主流的一些游戏。
 
因此可以说，从市场体量、趋势和效果来看，硬件光追在移动端的未来前景是非常明朗的。不过，在移动端硬件光追普及的早期阶段，还是面临着这样和那样的挑战，那么Imagination的IMG DXT是否能够让这些问题迎刃而解呢？

性能领先且可配置的IMG DXT

根据艾克的介绍，作为Imagination D系列的首款产品，IMG DXT属于level 4级别的硬件光追技术。除了提供BVH数据结构以外，IMG DXT还拥有相同光线上光数统一计算的能力，通过统一的指令运行，IMG DXT在保障高性能的同时，还能够降低功耗，并提供灵活的配置选项。


 
为了提升IMG DXT的性能表现，Imagination在这款GPU IP中增加了很多创新技术。首先当然要提一下IMG DXT背后的Photon架构。作为业界第一个且是目前唯一达到level 4等级光线追踪的架构，Photon架构也是首个对移动端进行优化的架构，使得移动端的光追效果达到了桌面级的质量，对追踪阴影、反射、全局照明和环境光遮蔽等功能进行了全面的优化，并能够帮助移动端设备实现高帧率运行。
 
 
 
其次是在IMG DXT的纹理处理单元（TPU）内置一个已获得专利的创新特殊模式，可应用于游戏后处理阶段。对于那些需要额外处理和降噪等操作的画面，这个创新特殊模式可以仅增加很小面积，最大化降低面积增长和功耗，同时提供双线性滤波性能翻倍的效果。“相当于1个指令能够提供double的效果，提升了后处理的吞吐量，有助于实现更好、更低功耗的降噪算法，提升光线追踪的处理效果。”艾克讲到。
 
第三点是IMG DXT搭载了全新的着色器处理单元（SPU）。凭借全新三重通用着色器集群（USC）设计（3个ALU/TPU单元），DXT GPU将每个SPU的高端计算和纹理（ALU/TPU）性能提升50%以上，而以前的架构只侧重于双USC设计（2个ALU/TPU单元）。
 
第四点是IMG DXT使用了遵循RISC-V指令集的固件处理器，可以实现40%的固件性能改善。艾克在此补充道：“这颗RISC-V固件处理器已经在汽车系列产品中完成了芯片级验证。”
 
第五点是IMG DXT引入了硬件HDR功能，通过标准API支持，能够让画面的亮度、对比度更加真实。
 
最后还要提一下Imagination为IMG DXT提供的全面、领先且高效的开发工具包支持，包括PowerVR SDK和Khronos ASTC HDR等。
 
为了在提供高性能的同时进一步降低硬件光追的功耗，Imagination将光追技术和FSR（fragment shading rate，片段着色率）技术进行融合，在几乎不降低图像质量的前提下减少片段着色器运行次数。艾克介绍称，FSR技术可以以“1×1”、“2×1”、“2×2”和“4×4”四种方式运行，如果是“4×4”的方式，就是传统的16模块作为一个大块运行一次，能够带来93.75%的片段运算能力节省，因此可以节省大量的运算资源，能够让GPU处于休眠状态，或者为后续的画面提供更精致的运算。
 
在此，他用一个画面举例称，当FSR技术没有开启时，示例画面每帧需要6.9MRays的运算算力，开启之后，相同的画面只需要3.2MRays。配合Imagination提供的可扩展的RAC（光线加速集群），实际上只需要更小的RAC就能够实现相同场景下的光追效果，用更低成本和低功耗的方式为用户带来极致的沉浸式体验。
 
 
 
是的，为了提高移动端硬件光追配置的灵活性，Imagination在IMG DXT提供了多种可选的配置方案，从节省面积的0.5 RAC设计到高性能的4 RAC设计。如下图所示，即便是0.5 RAC设计，也能够提供216MRay/s的光数运算能力和8GBoxText/s的光合检测能力；如果是4 RAC设计，则能够提供1.7GRay/s的光数运算能力和64GBoxText/s的光合检测能力。丰富的配置能够覆盖从简单阴影到AAA级游戏高级光追画面的多应用覆盖。
 
 
 
此次发布会，Imagination带来了IMG DXT系列下的三款产品。其中IMG DXT-8-256面向主流移动设备市场，主打单位面积性能，提供8GTexels/s和256GFLOP FP32算力；IMG DXT-48-1536面向高端移动设备市场，主打高性能，提供48GTexels/s和1.5TFLOP FP32算力；IMG DXT-72-2304面向旗舰级移动设备市场，主打极致性能和设备整体表现，提供72 GTexels/s和2.5 TFLOP FP32算力。
 
Imagination首席营销官David Harold和Imagination产品管理总监Stephen Barton共同表示，“在移动端推广光线追踪需要生态的支持，Imagination很早就开始启动移动端硬件光追生态系统的建设和储备，包括推出配套的光追开发工具，参加行业主流的游戏开发者大会，以及合作全球知名的游戏、智能手机、VR设备厂商等。”

写在最后

Imagination一直在引领移动端硬件光追技术的发展，并持续推出领先行业的硬件光追技术。2022年，我们看到移动端积极拥抱硬件光追技术，但这些方案几乎全是旗舰级的，而移动端游戏的发展是全民化的，面向不同的用户阶层。IMG DXT方案的出现填补了市场的空缺，让移动端硬件光追技术更加普惠。