作者：Eleanor Brash
图形用户界面（GUI）如今几乎无处不在——从智能手机、电视，到汽车中控系统。过去十年中，GUI的复杂度持续提升，从简单背景与基本图标，发展为充满3D元素和微交互的美观界面，成为设备差异化的重要因素。例如，手机倾斜时的视觉变化，或点击按钮时的动画反馈，都是GPU处理的成果。
如果你希望为用户提供丰富且响应迅速的图形界面，就必须为系统选配合适的GPU。本文将帮助你了解系统所需的GPU性能水平。
第一步：计算所需的填充率（Fillrate）
1. 你的屏幕分辨率是多少？
判断GPU性能需求的第一步，是了解目标屏幕的像素总数。分辨率越高，像素数量越多，对GPU的像素处理能力要求也越高。差异非常显著——一块8K屏幕的像素数量是标准高清（HD）屏幕的40多倍。
以下是几种典型设备的情况：
- 数字电视现在主要是4K分辨率
- 智能手机分辨率高且密度大，像素数量通常不低于Full HD
- 智能手表屏幕较小，像素数约为标准HD屏幕的四分之一
- 车载信息娱乐系统和座舱显示屏的尺寸差异极大，从普通HD到柱到柱的8K显示不等
2. GUI有多少图层？
每个GUI都由多个图层组成，如背景、图标、指针等。GPU需要处理每一层的内容，以确定最终呈现到屏幕的图像。一个典型的GUI大约有6层，我们的计算将基于此。如果你的GUI更复杂，需要更多图层，应据此调整填充率需求，选择填充能力更高的GPU；反之则可以适当降低。
3. 目标帧率是多少？
用户界面需要保持响应迅速——无论是手机还是电视，用户都无法容忍操作时的卡顿。在汽车中，界面卡顿甚至可能影响行车安全，因为会分散驾驶员注意力。60帧每秒（fps）是一个可接受的基准帧率；而为了实现更丝滑的交互体验，有些高端GUI会采用120fps。
结果计算
通过将上述三项参数相乘，即可得出GUI所需的GPU填充率——即每秒需要处理的像素数量：
填充率需求 = 像素数 × GUI图层数 × 帧率
| 分辨率 | SHD (1080x720) | FHD (1920x1080) | 4K (3840x2160) | 8K (7680x4320) |
| 像素数 | 777,600 | 2,073,600 | 8,294,400 | 33,177,600 |
| GUI图层数 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| 帧率 | 60 | 60 | 60 | 60 |
| 填充率需求（PPS） | 279,936,000 | 746,496,000 | 2,985,984,000 | 11,943,936,000 |
由此可见，GPU需要处理的像素量非常巨大——最高超过每秒110亿像素。幸运的是，GPU正是为应对这种超大规模并行处理任务而设计的。
第二步：计算GPU的实际填充性能
1. GPU的每时钟像素处理能力（Pixel per Clock, PPC）是多少？v
GPU的PPC指标表示其在一个时钟周期内可以渲染多少像素。大多数GPU厂商都会公开这一参数，方便你根据项目需求选型。在Imagination的GPU命名中，这个数字直接体现在型号上——比如IMG BXE-2-32中，“2”表示每时钟渲染2个像素。
这个数字听起来可能不大，但GPU的运行频率极高，因而实际处理能力也非常强大。
2. 选择合适的运行频率
GPU的时钟频率（单位Hz）决定其每秒钟能执行多少指令。相同架构的GPU在更高频率下运行时，图形处理和计算能力也更强，可以支持更高帧率或更复杂的界面。但高频运行也意味着更高的功耗和发热。
不同设备的一般运行频率如下：
- 数字电视：300 - 800MHz
- 智能手机：500MHz – 1GHz
- 智能手表：100 – 400 MHz
- 车载信息娱乐系统：接近智能手机水平；若用于ADAS等高性能控制器，则超过1GHz
Imagination的GPU支持从低频到1.6GHz以上的灵活扩展。本文计算以中等频率550MHz为例。
3. 理论性能
将每时钟像素数（Pixel Per Clock）与GPU的运行频率相乘，可以大致估算出该GPU每秒能够处理的像素数量。即：
GPU每秒可以处理的像素量 = PPC × 频率
4. 实际性能
然而，GPU并不会持续满负荷运行。由于CPU瓶颈、应用软件效率限制、内存访问延迟等多种原因，实际GPU利用率通常达不到100%。设计系统时应考虑这些因素，70%的利用率是一个合理的预估值。
结果计算：
| GPU PPC | 2 | 4 | 8 | 32 |
| 频率(Hz) | 550M | 550M | 50M | 550M |
| 理论GPU填充率 | 1,100,000,000 | 2,200,000,000 | 4,400,000,000 | 17,600,000,000 |
| 利用率 | 70% | 70% | 70% | 70% |
| 实际GPU填充率 | 770,000,000 | 1,540,000,000 | 3,080,000,000 | 12,320,000,000 |
| ↓ | ↓ | ↓ | ↓ | |
| 支持6层GUI 以60FPS帧率运行 | SHD + FHD | SHD + FHD | 4K | 8K |
| ↓ | ↓ | ↓ | ↓ | |
| 理想GPU参数 | IMG BXE-2-32 or IMG CXM-2-64 | IMG BXM-4-64 or IMG BXE-4-32 or IMG CXM-4-64 or IMG CXM-4-128 | IMG BXM-4-64 MC2 or IMG DXT-8-256 | IMG BXT-32-1024 |
将上述三个指标相乘（每时钟像素数 × 频率 × 利用率），我们就能得出GPU在实际应用中的像素填充率（fillrate）性能，从而将其与GUI的像素填充需求进行对比评估。
实际GPU填充性能 = PPC × 频率 × 利用率
结语
本指南为您大致介绍了运行图形用户界面（GUI）所需GPU性能的参考标准。但在实际选型中，还需考虑更多因素。例如，即使一个GUI包含六个图层，也并不意味着每一帧中所有图层的每个像素都需要被计算处理——例如当存在明显的像素覆盖（overdraw）时，若GPU能在图形流水线早期识别这一情况，就可跳过被遮挡像素的计算，从而提升整体效率。此外，您是否真的需要处理8K屏幕上的所有像素，也是一个值得考虑的问题——基于GPU的超分辨率方案也许能同样高效地对用户界面进行缩放处理。
最后，GPU不仅需要具备足够的性能，还要拥有您所需的特性支持。例如，如果您希望获得更广的色域、更平滑且色带更少的图像效果，就需要选择原生支持10位HDR（RGBA和YUV）的GPU，例如IMG CXM系列。
如果您希望了解文中提到的IMG BXE、BXM、CXM、DXT或BXT系列GPU的更多信息，或希望就项目中的具体技术需求进行深入讨论，我们的专家团队随时愿意为您提供支持，帮助您找到最适合的GPU配置方案。
原文链接：https://blog.imaginationtech.com/how-fast-a-gpu-do-you-need-for-your-user-interface
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