ARM Bifrost: nowa generacja GPU Mali da smartfonom grafikę jak na laptopach #Computex

Jeśli przedstawione przez ARM dane o nowej architekturzemobilnych układów graficznych Bifrost się potwierdzą, tomocniejsze smartfony i tablety wreszcie osiągną wydajnośćporównywalną z GPU stosowanymi w pecetach. I to wcale nie zezintegrowaną grafiką Intela, ale z układami na poziomie laptopowejNvidii 940M. Pierwszy wykonany w tej architekturze układ Mali-G71 mabyć o 50% wydajniejszy od poprzednika, Mali T-880 i pozwoli nasprawne przetwarzanie wirtualnej rzeczywistości.

Choć do tej pory nie była to wyjątkowo wydajna rodzina GPU, tojednak oferowane za darmo producentom-licencjobiorcom ARM schematytych układów graficznych cieszą się ogromną popularnością.Tylko w zeszłym roku na rynek trafiło 750 mln urządzeń, któregrafikę generowały poprzez GPU Mali. W następnym może być ichjeszcze więcej, gdyż trzecia generacja Mali będzie godnym rywalemdla układów Adreno Qualcomma, GPU mobilnej Tegry czy stosowanych wiPhone'ach PowerVR-ach.

W nowej mikroarchitekturze Bifrostwprowadzono nową jednostkę arytmetyczną i znaczącoprzeprojektowano potok wykonawczy, tak by skończyć z nieefektywnymwykorzystaniem rejestrów. W poprzednich mikroarchitekturach (Midgardi Utgard) przed każdą operacją wywoływano planistę, a rejestrbył wykorzystywany do zapisu i odczytu danych. Nie ma to zbytniosensu, bo bardzo często dane uzyskiwane po wykonaniu jednejinstrukcji są wykorzystywane na wejściu kolejnej instrukcji.Bifrost grupuje więc instrukcje w stosy, unikając zbędnych wywołańplanisty. Przypomina to trochę to, co AMD zrobiło w architekturzeGraphics Core Next.

Warto też wspomnieć o porzuceniu wektoryzacji SIMD. Terazzamiast przetwarzania w jednym potoku wykonawczym na raz jednegorozkazu wektorowego przetwarzane będą jednocześnie cztery. Dziękitemu znacznie zmniejszy się obciążenie bufora instrukcji izwiększy skalowalność dla dużych programów.

Znacznie zmiany zaszły też w obsłudze geometrii. Wciąż mamy do czynienia z hierarchicznym kafelkowaniem, ale zastosowano wiele sztuczek by zmniejszyć zużycie pamięci. A to przecież kluczowa sprawa, gdy przyjdzie przetwarzać rozdzielczości 4K i obiekty o dużej złożoności. Samo zarządzanie pamięcią usprawniono tak, że nie ma tu już żadnych minimalnych alokacji, GPU bierze tyle pamięci, ile potrzebuje, bez narzutu. Bitfrost doczekał się też akceleratora do eliminacji niewidocznych na ekranie trójkątów, łącznie te wszystkie zmiany mają pozwolić na zmniejszenie zużycia pamięci na kafelkowanie nawet o 95%.

Podobnie jak i inne projekty Mali, tak i tutaj możemy spodziewaćsię dużej skalowalności, pod względem liczby rdzeni i wydajności– na przedstawionych przez ARM slajdach widzimy układy mające odczterech do aż 32 rdzeni – te ostatnie najwyraźniej przeznaczonemają być do wirtualnej rzeczywistości.

Pełna, 32-rdzeniowa wersja Mali-G71 ma być, jak wspomnieliśmy,o 50% wydajniejsza od Mali-T880, zapewniając przy tym o 20% wyższąsprawność energetyczną. Poradzi sobie z obsłużeniemrozdzielczości 4K przy częstotliwości odświeżania 120 Hz, a więcsporo więcej, niż wymagane dla VR 90 Hz. Opóźnienie w przesyłaniuobrazu na wyświetlacz nie przekroczy 4 milisekund.

Warto też wspomnieć, że nowe Mali wspiera heterogenicznąarchitekturę obliczeniową (HSA) – przynajmniej do tego stopnia,by zapewnić pełne współdzielenie pamięci między CPU i GPU. Niema tu jednak wsparcia dla tego pośredniczącego języka HSAIL(nazywanego „assemblerem HSA”), wciąż trzymamy się klasycznegoOpenCL do obliczeń na GPU.

Oczywiście nowa architektura jest w pełni zgodna z Vulkan API.Konsorcjum ARM podkreśla, że rozwój Vulkana jest kluczowy dlapostępu branży mobilnej, a efektywniejsze wykorzystanie zasobówsprzętowych pozwoli w osiągnięciu na nich tego, co do tej pory (zewzględu na dostępną energię i ograniczenia termiczne) byłomożliwe tylko na PC.