移动端最强GPU是怎么炼成的-高通Adreno之前世今生与崛起历程

导语:

高通的骁龙处理器之所以能从“旧时代”的群雄争霸中脱颖而出,并长期霸占安卓阵营的高端市场(联发科主打还是中低端市场,麒麟则因制裁暂时退出市场),主要有两大原因。

第一大原因就是其打败德州仪器和英伟达的“基带打包”策略,当时高通的基带不仅质量高,还有打包方案所带来的便利性和优惠性,竞争优势极为明显。

至于另一大原因,则是其自研的 Adreno GPU 在高通处理器崛起的过程中迅猛发展,最终于在2022年彻底打败了苹果自研的GPU。下面就将时间倒回1985年,从这一切的源头开始追溯。

1,前世

1985年,加拿大籍华人何国源在安大略省的万锦市(又名为“马卡姆市”,紧挨多伦多市),成立了一家名为 Array Technology Inc.(即“阵列技术公司”,简称“ATI”)的公司,主攻图形显示芯片业务。

谁也不会想到,就这么一个以30万加元(还是六个创始人一起集资才有的)在车库起家的小公司,竟能在成立的第二年就跻身加拿大五十大高科技公司之一!由此可见其技术优势有多么明显。

进入90年代后,显卡市场的竞争日趋白热化,不仅有大把老牌显卡强厂还不断有初创公司冒出,而这些初创公司中就有个同为华人创办的——黄仁勋领导下之英伟达,当然那时候的英伟达还在艰难摸索中。

1997年,英特尔推出了把图形芯片与主板芯片组、CPU打包的全套方案,这个事件吸引了ATI的注意力并让其分心开发了CPU业务线。就是在这样的背景下,英伟达趁机强势崛起。

1999年,英伟达发布了全球首款GPU——GeForce256,其首次加入了硬件 T&L,从而让显卡成为了电脑的核心硬件并彻底解放了CPU。这件大事让ATI直接惊出了一身冷汗,于是其在2000年中紧急发布了自家划时代的产品,即 Radeon 显示核心

这款产品同样拥有硬件 T&L,而且在接口支持和整体性能方面,完全可以与英伟达的旗舰产品一较高下。至此,PC的独立显卡市场格局已定,N卡的 GeForce 和A卡的 Radeon 之对决正式开始。

虽说在2003年和2004年ATI的市场份额终于超越了英伟达,但这仅仅只是其“回光返照”而已,英伟达后面卷土重来并在2005年一举击溃ATI,使得ATI在2006年落得被 AMD 收购的下场。

ATI被收购后,其授权业务并没有终止,所以从2004年开始的与高通合作之业务继续进行。这个合作研发的移动GPU架构高通将其命名为Adreno——源于 Radeon 的字母重新排序,同时意译过来的话还有“肾上腺”之意,可见其命名之妙。

不过,面对日渐兴起的智能手机市场,高通觉得核心技术还是掌握在自己手里为妙。于是在2009年,高通收购了AMD的“向量绘图与3D绘图技术和知识产权”,而这实际上就是之前 ATI 的移动GPU技术。

2,今生

2004年高通之所以要跟 ATI 合作,为的是在自己的下一代移动芯片上集成3D图形技术。经过几年的研发,2007年高通自研GPU的开山鼻祖——Adreno 130正式诞生,随之一同诞生的还有集成基带芯片之 MSM7000 系列处理器。

2007年十一月份,高通正式推出了 Snapdragon 移动处理器品牌(2012年开始有了中文名“骁龙”),并推出了该品牌的第一款产品——S1系列的开山之作MSM7225,不过当时该型号并没有集成GPU。

直至2008年采用了高通自研CPU核心架构(Scorpion)的高端产品QSD8250/8650发布,才集成了新一代的 Adreno 200 GPU(仅有8个ALUs)。其拥有统一的着色架构,并首次支持OpenGL ES 2.0图形标准。

2009年高通从AMD手中收购了 ATI 的移动GPU技术后,其自研GPU架构开始迎来新一轮的发展。例如2010年推出的 S2 系列处理器(主要面向高端旗舰手机,最出名的型号是MSM8255),就集成了全新的Adreno 205。

由于制程工艺的升级(45nm),其能效较前代巨幅提升,同时其 2D 和 3D 图形处理能力也迎来了全方位的加强(ALUs规模翻倍至16),并支持 SVG 和 Adobe Flash 硬件加速。

以此为基础,2011年推出的 S3 系列处理器(步入双核时代的新一代旗舰芯片,初代小米搭载的就是该系列之MSM8260型号)又集成了更牛的Adreno 220——相较于前代其性能直接翻了一倍有余(ALUs规模继续翻倍至32)。

3,崛起

2012年,高通又推出了集28nm制程工艺和第二代自研 Krait 核心于一身的 S4 系列之两个高端子系列,其中 Plus 子系列所集成的Adreno 225(拥有48个ALU),开始引入了统一渲染架构——能够共享ALUs从而避免出现无效周期

而另一个更高端的 Pro 子系列则集成了划时代的 Adreno 320(ALUs规模高达64),其不仅沿用了统一渲染架构,还拥有一项创新技术 FlexRender(能在Binning和Direct两种渲染模式之间智能切换,提升应用性能并减少功耗)。

此外,新增的各项多媒体功能以及对于OpenGL ES 3.0的支持,让其综合实力直接跃升至世界一线阵营,并正式与当时的移动GPU业界翘楚——Imagination Technologies公司的 PowerVR 和英伟达的 Tegra GeForce 同台竞技。

2013年初,高通自研CPU核心时代最后的辉煌,即骁龙800诞生;其所集成的Adreno 330直接将ALUs规模翻倍至128,落到实处就是性能翻倍了——这个成绩直接干翻了同期发布的英伟达Tegra4之GPU!

从此,高通的自研GPU就在性能跃进之路上大步狂奔。例如2014年四月份发布的骁龙810集成之Adreno 430,就将ALUs规模扩至192,并将频率提升至650Mhz,所以性能较Adreno 330直接翻了一倍有余——这又干翻了苹果A8集成的PowerVR GPU!

当然,就“火龙810”那发热量,GPU性能再强也没用。于是接下来的Adreno 530,虽然其ALUs增至256,但频率降低了些,同时还优化架构提高了ALUs的利用率,最终取得了性能提升40%而功耗降低40%的成就!

此外,对于全新OpenCL 2.0与 Vulkan 标准、64位虚拟寻址等功能的支持,也是Adreno 530这代的几大亮点。接下来的 Adreno 540(骁龙835),继续降低驱动开销以提高利用率。

但是,到了 Adreno 630(骁龙845)这代,苹果通过自研的 GPU 架构(A11处理器)成功在性能方面超越高通(但能效表现不如)。往后的 Adreno 640(骁龙855),将ALUs规模扩大至384,同时降低频率,再结合7nm的制程工艺升级,能效显著提升。

到了 Adreno 650(骁龙865)这代,继续扩大ALUs规模至512,并继承了前代较高的带宽压缩和着色处理能力,此外首次支持桌面级正向渲染,像素着色器的速度亦大幅提升,能效表现依然优异。

尾声:

再接下来就是骁龙888的Adreno 660了,由于其通过大幅提高频率来提升性能,再加上三星晶圆代工的助攻,能效表现大翻车!所以这年的苹果A14,不仅依然性能领先,能效方面也赢得毫无悬念。

不过,苹果也没高兴太久,因为回归台积电工艺的骁龙8+ Gen1之Adreno 730成功将性能及能效拉到和A15旗鼓相当的层次,并一举在最新的 Adreno740(骁龙8 Gen2)上将A16的GPU全方位击败

最新这代继承了前代的图像运动引擎(以同样的功耗运行双倍帧率)和立体渲染技术(实现端游级特效),并将ALUs规模从1024扩大至1536,同时还将频率从900Mhz降至680Mhz,能效表现极为优秀。

此外,Adreno 740还首次支持硬件加速的光线追踪和游戏后期处理加速器。总之,Adreno就是现今综合表现最强的移动端GPU,可谓手游党必备“神器”。这也从侧面说明,ATI当年是真的牛!

END

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页面更新:2024-04-23

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