作者：张国斌
Imagination Technologies十年磨一剑，IMG CXT在移动端实现了桌面级质量的视觉效果！
Imagination Technologies 宣布推出旗舰款图形处理器（GPU）知识产权（IP）产品IMG CXT，同时其PowerVR Photon光线追踪架构也随该IP首次亮相。通过增加Photon硬件光线追踪功能，IMG CXT实现了GPU IP的又一次重大飞跃，能够为游戏和其他图形处理应用场景提供令人难以置信的性能。Photon 是业界最先进的光线追踪架构，可以为移动和嵌入式应用带来桌面级质量的视觉效果，并已在多个市场中进行了授权。
实时光线追踪（Real-Time Ray Tracing）一直是很多图形技术发烧友心中的梦，该技术的实现就将彻底颠覆现在的光栅化渲染技术，成就真正电影化的游戏图形应用。目前在桌面级已经实现了实时光线追踪，很多好莱坞大片也采用了这个技术。2021年2月，光线追踪技术还获得了美国电影艺术与科学学院科学技术奖，就是我们熟悉的奥斯卡奖！
不过在移动端由于功耗的原因，一直没有真正的硬件级方案。
“其实 Imagination在光追领域已经研发了近10年，早在2014年就实现了业界首个实时光追硅架构，我们一直在将这个技术优化，应用到移动端。现在，真正硬件级移动方案终于实现了，消费者在2023年就可以体会到其震撼的效果。”Imagination中国区战略市场与生态副总时昕博士在发布会上表示。“Imagination推出革命性的Photon架构，移动开发者和游戏玩家现在也能够利用这种渲染技术和全面的硬件加速功能。Photon为那些最令人兴奋的应用提供了光线追踪功能，包括移动、游戏、增强现实（AR）、桌面、数据中心、云和下一代汽车等应用。”
他表示Photon架构代表了十年来推动光线追踪在低功耗设备上应用的发展成果，并且在视觉效果可能性方面，为智能手机、平板电脑、笔记本电脑和汽车解决方案带来了重要的飞跃式进展。
Imagination技术前瞻副总裁 Kristof Beets表示为了更直观地让业界理解光线追踪技术，Imagination 建立了光线追踪等级系统（RTLS），确定了从0级（Level 0）到5级（Level 5）共6个等级的光线追踪功能的要求。由于光线追踪技术已经存在多年，但是有的公司的技术难以开发，现在光线追踪技术趋于标准化，所以Imagination 建立了等级系统，这样有助于推动光追技术兼容性和发展，如目前通过软件实现的光线追踪属于1级，而IMG CXT采用的Photon架构处于RTLS的4级（Level 4），这使其成为当前可用的最先进的光线追踪技术，提升了光线追踪的性能和效率，从而可为移动游戏玩家和开发者提供桌面级质量的体验。“我们希望这个分级可以成为业界一个标准，多年前，显卡的加速技术也是百花争艳，我们当时就推动加速技术统一，通过统一的参数去表征其性能指标，现在光线追踪技术也一样。”他解释说。如下图显示了光追等级的一些指标。
Photon架构揭秘
与传统GPU通过则着色器完成渲染不同，Imagination的光追GPU采用了光线加速集群（RAC），这是一种新的低功耗专用硬件GPU组件，相比效率较低的 RTLS 2级架构，它可以加速和卸载更多来自着色器内核的光线追踪计算。RAC包含了光线存储（Ray Store）、光线任务调度器（Ray Task Scheduler）和相干性聚集器（Coherency Gatherer），并与两个128宽的统一着色器集群（USC）紧密耦合，USC拥有高速专用数据通路，可以实现最高效且功耗最低的光线追踪部署。Ray Store可以在处理过程中将光线数据结构保存在芯片上，并提供对 RAC中所有单元的高带宽读写访问，从而避免了将光线数据存储或读取至动态随机存取存储器（DRAM）所造成的速度降低或功耗增加。Ray Task Scheduler可以卸载着色器集群的任务，并通过专用硬件部署和追踪光线工作负载，同时保持高光线吞吐量和低功耗。独特的Coherency Gatherer单元可以分析所有传播中的光线，并将整个场景中的光线绑定成多个相干组，从而能够以更高的效率对它们进行处理。
这些功能结合在一起，可以为开发人员提供比市场上的现有解决方案更强大、更具一致性的光线追踪性能，从而支持他们在渲染汽车、角色和地形等复杂表面时提供更优质的效果，并创建出比以往任何时候都更细致的环境。
有人担心场景过于复杂是否会导致功耗提升？对此，Kristof Beets表示对于复杂场景，以前在复杂场景需要色器渲染场景，功耗消耗非常大，现在这部分功耗从光线追踪硬件来完成，以专用的硬件来解决比以前编程方式更节能，所以不用担心功耗问题。
本次Imagination发布的CXT-48-1536 RT3 内核就有三个光线加速集群（RAC），可提供总体高达1.3 GRay/s的性能。这可以在移动设备的功耗预算下，以高帧率提供逼真的光线追踪阴影、反射、全局照明和环境光遮蔽效果。
IMG CXT在光栅化图形处理性能方面也向前迈出了重要一步，与Imagination的上一代GPU IP相比，其计算、纹理和几何性能都提高了50%。它的低功耗超标量（superscalar）架构可在低时钟频率下提供高性能，从而实现卓越的帧率功耗比（FPS/W）效率，同时 Imagination图像压缩（IMGIC）技术可以大幅降低带宽需求。
据介绍，得益于Imagination的多核技术，Photon架构可以扩展应用于云、数据中心和PC市场。这可以实现高达 9 TFLOPS（每秒万亿次浮点运算）的FP32光栅化性能和超过7.8 GRay/s的光线追踪性能，同时能够提供比当今的 RTLS 2 级或3级光线追踪解决方案高2.5倍的功耗效率。
此外，据介绍，IMG CXT也非常适合于超高品质的汽车人机界面（HMI）平台。它可以实现环绕视图中逼真的车辆图像，卫星导航中密集城市区域的展示，以及具备混合现实功能的抬头显示器（HUD）、数字车速表和其他信息显示器。它还可以在车上人员等待车辆充电时提供优质的车内游戏和娱乐体验。据透露目前已经有数家厂商授权了该GPU。
Imagination 公司副总裁，中国区总经理刘国军在接受电子创新网等媒体专访时表示，最近几年，由于GPU在图形，计算领域优势凸显，加之新的需求如云游戏出现，引发了新玩家尤其是中国厂商的加入，资本也乐于推动GPU领域差异化，因此，这两年很多本土新创公司和Imagination进入GPU领域，仅今年上半年Imagination就签订了35个授权。
Imagination中国区董事长白农表示随着Imagination和客户加大生态系统建设，凭借Imagination领先的GPU、神经网络加速器以及其他产品，Imagination收入也不断增长，今年上半年营收就增加55%！未来Imagination会加大中国区的资源投入，助力本土厂商抓住机遇共同成长。
针对本次发布的新品，他特别指出对于目前热门的元宇宙概念，其基础依然是GPU ，如果以Imagination的光追技术实现，则可以获得更好的体验。
以下是采用光追技术和没有采用光追技术的对比，效果一目了然！
光追技术首先给游戏产业带来颠覆，时昕博士表示：Imagination一直跟游戏产业上下游伙伴保持了良好的合作，以打造更好的生态推动光追技术的普及。Kristof Beets表示：其实Imagination早就可以实现L5级别的光线追踪技术，只是Imagination希望在一定的功耗预算下给移动用户更好的体验，所以这几年一直在优化这个技术。
目前Imagination已经和多家游戏厂商合作推动移动端光追游戏的普及。
腾讯游戏引擎技术副总监魏楠表示：“光线追踪技术被业界认为是下一代图形技术革命，它也是腾讯游戏不断探索的方向。我们很高兴看到 Imagination 作为光线追踪技术的行业领先者能发布硬件级光线追踪IP，腾讯游戏将与 Imagination 展开密切合作并探索该技术在游戏领域的应用。同时，Imagination 在高性能低功耗图形渲染和处理上拥有深厚的技术积累，双方也将加强在这方面的技术合作，实现游戏体验质的飞跃。”
完美世界游戏技术中心主管徐丹表示：“完美世界游戏和Imagination对基于PowerVR架构的新一代GPU实现高性能和低功耗有着共同的愿景。Imagination 是光线追踪技术的行业领导者，我们希望可以共同探索这项技术在游戏和其他场景中的应用。”
网易游戏资深技术专家李文耀表示：“网易游戏非常重视体验、技术和品质，我们一直就Messiah和Neox自研引擎与Imagination联合进行优化。GPU为实现高质量游戏体验提供了支撑，未来我们希望有机会在游戏开发和打磨中，充分利用PowerVR新一代GPU的高性能与低功耗特性，为玩家打造优质的游戏体验。此外，我们也很期待 Imagination光线追踪技术，这项技术将开启全新的图形渲染和视觉时代，希望与 Imagination 一起探索其在游戏领域的应用。”
期待早日体验这个激动人心的新技术！
