Imagination在线课程上新！深入解读业界首个移动端光线追踪GPU架构

在2021年11月初，我们宣布了不仅是Imagination GPU历史上的一个重要里程碑，同时在我们看来，也是整个GPU历史上的一个重要的里程碑：即IMG CXT，这是我们第一个可用于IP授权许可的支持光线追踪的GPU核。

众所周知，自3D图形开始以来，使用光线追踪进行实时渲染一直是目标。这是因为通过模仿光线在现实世界中的行为，光线追踪有可能创建比传统光栅化更准确、更逼真的3D视觉效果。

彻底改变游戏视觉效果

通过光线追踪，游戏变得更真实，更精确的照明可以创建更自然的阴影和反射，这有助于将角色和物体融入3D场景。它可以使所有内容看起来更漂亮，并且不那么"游戏化"，使游戏更接近我们习惯在电影中看到的图形质量。

在游戏之外，光线追踪有望改变家居设计和建筑等领域的3D可视化。想象一下，去陈列室设计你完美的厨房。现在，您不再需要等待逼真的3D渲染——这一切都可以实时完成，甚至可以在手机或平板电脑上完成。除了3D图形，光线追踪甚至可以用于音频，通过测量声音在房间周围的反弹方式，以及考虑材料吸收音量的质量来增强真实感。

不单单是游戏玩家喜欢更逼真的视觉效果，对于开发人员来说，光线追踪提供了更简单、更高效的工作流程，进而节省了他们的时间。作为一种更纯粹、更优雅的照明方法，光线追踪的概念早于光栅化，但由于其计算复杂性，直到近些年才在大型、嘈杂和强大的台式机的最新硬件上使用。不过，这些显卡板在远远超出低功耗、移动优化设备的实际功率范围内运行，因此这些芯片制造商声称手机尚未准备好进行光线追踪也就不足为奇了。

几年前（约2015年左右），业界甚至认为3D图形根本无法在移动设备上完成。但是，移动端一直是Imagination擅长的领域。我们基于分块的延迟渲染（TBDR） 方法开启了智能手机革命，即使在寿命和热性能限制非常严格的设备中，也能实现强大的 3D 图形。TBDR 完全消除了即时模式渲染器的低效过度绘制问题：耗费大量时间为像素着色，而这些像素隐藏在靠近相机的物体后面，是以用户在屏幕上永远不会看到这些像素。IMG CXT则代表了PowerVR TBDR架构的演进巅峰，同时引入了移动图形发展的下一阶段：光线追踪。

移动光线追踪的到来

经过十年的创新开发工作，Imagination推出了IMG CXT，这是其首款将光线追踪加速硬件紧密集成到芯片中的GPU核。但在我们讨论其光线追踪功能之前，重要的是要意识到CXT是相比于传统光栅化的超快GPU。它建立在我们的A系列和B系列GPU的基础上，这些GPU采用了超宽ALU，优化的纹理处理单元，可配置的缓存大小和改进的压缩算法，与前几代相比，在功耗、性能、面积和带宽（PPAB）效率方面实现了重大飞跃。

B系列GPU实现了诸多优化和改进，例如基于多核和小芯片，其灵活可扩展性特点可实现从嵌入式到桌面级的解决方案，还通过进一步的微架构调整和物理设计优化提高了计算效率。因此，B系列仍然是市场上用于光栅化的顶级GPU。

CXT则代表了我们的顶级设计，通过进一步的微架构调整，它提供了比上一代产品高出50%的几何图形和计算能力，同时引入了最新的图形渲染，即光线追踪。

CXT 的计算和纹理处理单元从上一代的4个增加到 6 个，以及一个额外的几何栅格单元。

由于光线追踪仍然是一项计算成本非常高的技术，IMG CXT采用混合方法进行3D渲染。自2018年底以来，这已在台式个人电脑市场上推出，不过Imagination早在2016年就基于其"Wizard"架构的"Plato"演示板上进行了首次运行演示。它于2014年第一次亮相，是第一个引入混合渲染概念的设计——将光线追踪功能与传统光栅化相结合。

光线追踪等级系统

CXT是这种设计的演变，并具有Photon光线追踪架构，该架构提供了许多专用于加速光线追踪的硅模块，比桌面级架构可能的方式更节能。由于并非所有光线追踪解决方案都是平等的，Imagination建立了光线追踪等级系统。这确定了六个级别的光线追踪，从纯软件的0级到5级，并且由于Photon架构的光线加速集群，IMG CXT位于4级。如果您想深入了解Photon架构的更多信息，我们提供了一份详细的白皮书，解释了混合渲染的原理以及我们如何实现光线追踪加速。

总而言之，RAC提供的硬件极大地加速了光线通过边界框层次结构的遍历，这是有效加速光线追踪所必需的。独一无二的是，它具有数据包相干收集单元，该单元可识别反射光线中的相干性，并将它们打包在一起以充分利用内存带宽。同样，要了解更多信息，我们建议查看白皮书，但在这里需要说明，这种相干性收集单元是我们如何在移动功率预算中以足够有效的性能提供光线追踪的方法。多亏了这一点，当谈到可用的移动性能时，IMG CXT是市面上唯一的游戏玩家。

Photon架构白皮书

https://www.imaginationtech.com/whitepapers/the-powervr-photon-architecture/

与我们之前的所有IP核一样，CXT是汽车领域的绝佳解决方案，并且由于引入了光线追踪，情况更是如此。光线追踪将在渲染复杂的曲面（如汽车车身）时实现更高的效率，使其成为逼真光线追踪汽车渲染的理想选择，可在仪表板宽显示屏上完美呈现车辆。

支持 Vulkan®

CXT 完全支持用于光线追踪的 Vulkan API，处理光线查询和光线追踪的光线管线实现，因此无论应用程序是针对移动设备还是桌面，CXT都能够支持它。这将有助于它为应用程序提供更逼真的阴影和反射，以及光线追踪全局照明，以实现真正身临其境的真实视觉效果。

多年来，我们一直期望游戏机和台式PC上的图形质量水平最终会应用到移动设备上，现在光线追踪也是如此。这项技术已经进入市场开放授权，我们迫不及待地想看到这项技术到达每个人的手中。

在下一篇文章中，我们将介绍光线追踪可以带来更多深度的一些视觉增强功能，以及它将为开发人员带来的时间节省效率。

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英文链接 :https://www.imaginationtech.com/blog/why-img-cxt-ray-tracing-is-a-game-changer-for-mobile/

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