PowerVR 7架构解析

桃扇骨 2022-08-20 04:16 363阅读 0赞

作为对ARM Mali-T800系列的直接回应，[Imagination日前正式发布了新一代移动GPU PowerVR Series7系列][Imagination_GPU PowerVR Series7]，包括高端7XT、低端7XE两个子系列。

下边，我们就细细看看它的底层架构设计，并预览一下性能。

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7]

【PowerVR 7架构解析】

本质上来说，PowerVR 7的架构还是“Rogue”，已经引入两年。该架构有着先进的着色器流水线体系，没什么明显缺点，短期内还无需彻底翻新，只要局部增强、完善就可以提升效率和性能了，包括强化指令集。

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 1]

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 2]

当然，它还需要不断加入新的功能特性，尤其是新的API。OpenGL ES 3.1早就支持了，但是苹果的Metal来势汹汹，作为回击的Google [Android][] Extension Pack现在是不能少的，还加入了可选项Direct3D 11.1（通俗地说就是DX11.1）。

但是注意7XT上这两个都是标配，7XE上的AEP只是可选项，Direct3D则只到10.0。

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 3]

这次唯一增加的新模块就是“曲面细分协处理器”（Tessellation Co-Processor），可配合顶点数据管理器（Vertex Data Master）实现完整的曲面细分支持，但注意为了节省功耗，它是个固定功能单元，不可编程。

曲面细分、ATSC纹理压缩、几何着色、纹理着色，这些就是支持AEP的基础。

其他模块没有大变但都有所增强，比如说顶点数据管理器（几何前端）的几何性能翻了一番，计算数据管理器（Compute Data Master）则提速了最多三倍，尤其适合处理大量的小内核。

粗纹理调度器（Coarse Grain Scheduler）降低了内部区块关联性，可以更快地向空闲核心（着色器簇/USC）发送指令，而不必等待其他核心完成工作。

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 4]

USC核心本身变动很小，FP16/FP32 ALU、浮点单元都没变，但是特殊功能单元（SFU）有了两处明显变化。首先也是最重要的，SFU可以原生处理FP16、FP32操作了（上代会全部推给FP32），因此在处理FP16数据集的时候不必进行无谓的高精度操作，自然能节省功耗，而且因为SFU本身已经很大了，原生FP16带来的功耗节约会很明显。

另外虽未明说，但极有可能FP16、FP32 SFU单元已经分离成了独立的两个（架构图显示一个），当然即便如此它们也不能同时使用。

第二个增强是SFU操作可以和ALU操作并发了，也就意味着两个单元可以同时工作。Imagination表示，SFU代码比预期得来得更快，因此并发会大大提高性能，为此指令集也做了相应的扩展。

此外，PowerVR 7系列还可选支持FP64操作，按照设计每核心有一个FP64 ALU。

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 5]

最后是个非图形功能，硬件加密区，使用虚拟化技术创建最多8个区域，彼此完全隔离，可进行不同的安全操作，并与CPU、GPU互联。7XT会标配它，7XE上则是可选。

CPU上早就有了类似的功能，GPU上则一直是软件模拟，效率低下，而且安全性不足。

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 6]

【7XT/7XE：高低双雄细节探究】

7XT是高端型号，但也有很多技术特性是可选的。FP64操作、OpenCL 1.2 Full Profile是面向高性能计算用途的（默认仅支持FP32、OpenCL 1.2 Embedded Profile），Direct3D 11则适合[Windows Phone][]、Windows RT平台设备（默认是Direct3D 10），但是曲面细分已经是标配。

通过灵活配置这些特性，SoC厂商可以精确满足自己和客户的需要，同时更好地控制面积和功耗。

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 7]

其实相比于性能，能效才是7XT系列提升的重点。Imagination没有给出任何具体数据（提升了百分之多少），只是说7XT可以更低的功耗提供与6XT持平的性能，同时给了一张幻灯片，号称自己有着全球最高的GPU能效。

证据就是自己的PowerVR长时间运行也几乎不会降频，竞争对手的则会降低40-60%。

当然了，这能否实现还得看SoC厂商的设计，Imagination只能提供最基本的建议。人家非要把CPU、GPU频率弄得很高，跑着跑着就会过热降频，你也没辙。

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 8]

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 9]

7XT系列的核心可选2-16个，比上代最多翻了一番，具体型号分别是：双核心GT7200、四核心GT7400、六核心GT7600、八核心GT7800、十六核心GT7900。

很有意思的命名吧？Imagination甚至说GT7900的性能已经可以超越入门级笔记本独显GeForce GT730M。GT7400/GT7600则是上代主机Xbox 360、PS3的水平。

用途方面，2-4个核心的适合手机，6-8个可用于平板机、汽车、[超极本][Link 1]，16个的只有[笔记本电脑][Link 2]、机顶盒、游戏机、服务器才敢用——512个FP32 ALU单元差不多可以媲美入门级桌面独立显卡了。

目前的6XT系列里，[iPhone6][]用到的GX6450是四个核心，[iPad Air 2][]里的GX6650旗舰型号六个核心。

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 10]

7XE定位于入门级，规格、成本都很低，并且更强调面积上的效率，而不是功耗。

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 11]

7XE其实也有着7XT相同的架构改进，可以支持7XT的几乎所有技术，但绝大部分都是可选项，包括DirectX 11、曲面细分（AEP自然也是可选了）、纹理压缩、HEVC/H.265解码、10-bit YUV色彩输出、虚拟化安全。OpenCL 1.2 FP都直接不可选。

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 12]

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 13]

7XE有两个版本，一个核心的GE7800面向低端手机和电视，半个核心的GE7400则面向最便宜、最简单的设备，以及可穿戴设备。

Imagination声称，7XE的功耗满载也不会超过1W，待机时几乎可以忽略不计。

【性能咋样？】

真正使用PowerVR 7系列的处理器、设备要明年底才会出现，而我们都知道，ARM、Imagination他们都只是卖CPU、GPU授权，具体什么样子还得看SoC芯片厂商的选择，包括核心数量、技术特性、制造工艺、运行频率等等，因此现在是无法说清性能的，只能有一个大概的预估。

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 14]

Imagination宣称，在同样核心数量、同等频率下，7XT系列的性能可比6XT系列提升35-60%，如果真能实现是很猛的，但这也意味着功耗会增加很多，因此最终在考虑功耗的前提下，性能提升绝对不会这么高，而且这只是理论测试，实际应用中又会打个折扣。

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 15]

而在能效方面站出来的是7XE，官方号称相比6XE提升幅度少则40%，多则可以超过100%。

结语：

PowerVR 7系列可以配置出各种不同的版本，最高最低相差32倍，因此理论上适合各种各样的设备，从智能手表、手环到笔记本甚至是服务器计算集群。

![苹果iPhone7就等你了：PowerVR 7架构解析][iPhone7_PowerVR 7 16]

PowerVR 6系列是CES 2014大展上宣布的，最近才刚刚投入实用，iPhone6/[iPhone6 Plus][iPhone6]、iPad Air 2就是典型代表。PowerVR 7系列的零售产品预计会在一年后面世，正好就是下一代[iPhone][iPhone6]、[iPad][iPad Air 2]发布的窗口，而按照苹果与PowerVR的一贯良好合作关系，[iPhone7][iPhone6]（[iPhone6s][iPhone6]）几乎必然会用PowerVR 7，而且说不定会有6个核心。

ARM Mali-T800、高通Adreno 400、NVIDIA麦克斯韦……明年的移动GPU，注定会精彩异常。

[Imagination_GPU PowerVR Series7]: http://www.ithome.com/html/it/111888.htm
[iPhone7_PowerVR 7]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173704_852.jpg
[iPhone7_PowerVR 7 1]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173705_0.png
[iPhone7_PowerVR 7 2]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173705_84.png
[Android]: http://android.ithome.com/
[iPhone7_PowerVR 7 3]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173705_171.png
[iPhone7_PowerVR 7 4]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173705_273.png
[iPhone7_PowerVR 7 5]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173705_359.png
[iPhone7_PowerVR 7 6]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173705_539.png
[Windows Phone]: http://wp.ithome.com/
[iPhone7_PowerVR 7 7]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173739_443.png
[iPhone7_PowerVR 7 8]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173739_541.png
[iPhone7_PowerVR 7 9]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173739_642.png
[Link 1]: http://digi.ithome.com/ultrabook/
[Link 2]: http://digi.ithome.com/notebook/
[iPhone6]: http://iphone.ithome.com/
[iPad Air 2]: http://ipad.ithome.com/
[iPhone7_PowerVR 7 10]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173739_758.jpg
[iPhone7_PowerVR 7 11]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173739_904.png
[iPhone7_PowerVR 7 12]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173740_69.png
[iPhone7_PowerVR 7 13]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173740_197.png
[iPhone7_PowerVR 7 14]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173740_288.png
[iPhone7_PowerVR 7 15]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173740_393.png
[iPhone7_PowerVR 7 16]: http://img.ithome.com/newsuploadfiles/2014/11/20141111_173740_500.jpg