電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）2022年，智能手機產(chǎn)業(yè)一個顯著的變化是，主流的安卓手機處理器廠商都在自家的旗艦芯片上提供硬件光追技術(shù)，以求帶來更好的移動端游戲體驗。與此同時，在VR場景中，為了更好地實現(xiàn)3D場景中的沉浸式體驗，硬件光追技術(shù)也在快速更新迭代。

不過，在Imagination建立的光線追蹤等級系統(tǒng)（RTLS）中，這些面向移動端的硬件光追方案，大都處于level 2到level 3.5級別之間，且由于功耗、計算資源等方面的限制，僅僅在旗艦級SoC方案上提供。為了進一步提升硬件光追在移動端設備里的普惠性，Imagination于1月11日正式宣布推出D系列的首款產(chǎn)品——IMG DXT。

硬件光追為移動端帶來極致體驗

在PC和游戲主機等設備上，光線追蹤目前是大熱的技術(shù)，是運行大型AAA級游戲必備的技術(shù)，在陰影、景深、運動模糊、間接照明等方面帶來巨大的提升，使得游戲場景更加貼近于人眼所看到的真實的光線效果。因此，游戲玩家對光線追蹤技術(shù)愛不釋手。

當前，游戲玩家正在從傳統(tǒng)PC/主機向移動端遷移。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計媒體GamesIndustry.biz的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年全球游戲產(chǎn)業(yè)總值達1749億美元，其中移動端貢獻了863億美元，占比達到49%。在中國市場，根據(jù)弗若斯特沙利文的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年中國手機游戲市場規(guī)模為2639億元，在整體網(wǎng)絡游戲市場中的貢獻比高達83.75%。

不僅玩家數(shù)量和市場規(guī)模逐漸提升，并且移動端游戲體量也在爆發(fā)性增長。根據(jù)《中國移動游戲行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》，當前APRG/MMORPG(角色扮演類)、MOBA(多人在線戰(zhàn)術(shù)競技類)與射擊類三大類游戲匯集了絕大多數(shù)的移動端游戲玩家。而這些游戲的體量都比較大，場景也更為復雜。

Imagination中國區(qū)技術(shù)總監(jiān)艾克表示，手機游戲有三個值得關(guān)注的趨勢：其一是玩家更加強調(diào)沉浸式的游戲體驗，玩家在游戲中的關(guān)注點更加細膩；其二是玩家希望有更高的游戲性能體驗，尤其是在AAA級大型游戲里；其三是游戲時長變得更長，對手機續(xù)航提出了更高的挑戰(zhàn)。

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大型游戲在移動端已經(jīng)逐漸成為主流，并且玩家對游戲場景的要求也越來越挑剔。國游戲研究機構(gòu)EEDAR此前在市場調(diào)研報告中指出，圖像和玩法、市場、社交、劇情是游戲玩家評判一款游戲的前五大要素。這便是硬件光追在移動端風起的大背景。通過硬件光追技術(shù)，游戲開發(fā)者能夠?qū)崿F(xiàn)更純粹的游戲特效，玩家在游戲中能夠接收到更多的視覺要素，尤其是在軟陰影、鏡面反射與折射方面，進一步提升游戲的沉浸式體驗。

下圖是Imagination分享的一份硬件光追效果圖。能夠看到，當硬件光追開啟后，游戲畫面中呈現(xiàn)出更多的場景元素，場景中不同物體相對應鏡面反射的角度和位置更加符合人眼的真實視覺。并且，通過對環(huán)境光的遮蔽處理，能夠在物體陰影中看到更多的細節(jié)，讓畫面更加細膩。通過這些效果增強，很明顯能夠感受到，擁有硬件光追加持的游戲效果更加立體逼真，層次感更強。

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實際上，在主流廠商推廣硬件光追之前，也有部分廠商嘗試使用軟件算法去實現(xiàn)光追渲染，這實際上就是Imagination定義的level 1級的光追技術(shù)。這種方式對于處理器的算力資源以及設備能量有巨大的消耗，在移動端難以推廣開來。

當然，目前市面上的硬件光追技術(shù)也有一些亟待解決的挑戰(zhàn)存在。比如現(xiàn)階段的方案追求頂級的游戲效果呈現(xiàn)，無法做到可配置，這樣主流機型和高端機型很難能用上相應的技術(shù)，對于光線追蹤技術(shù)在移動端的普及有很大的掣肘；另外，目前移動端的硬件光追依然對設備續(xù)航有較為明顯的影響，影響用戶的體驗；當然還有第三點，那就是生態(tài)問題，目前支持光追的移動端游戲數(shù)量還比較有限，主要就是主流的一些游戲。

因此可以說，從市場體量、趨勢和效果來看，硬件光追在移動端的未來前景是非常明朗的。不過，在移動端硬件光追普及的早期階段，還是面臨著這樣和那樣的挑戰(zhàn)，那么Imagination的IMG DXT是否能夠讓這些問題迎刃而解呢？

性能領(lǐng)先且可配置的IMG DXT

根據(jù)艾克的介紹，作為Imagination D系列的首款產(chǎn)品，IMG DXT屬于level 4級別的硬件光追技術(shù)。除了提供BVH數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以外，IMG DXT還擁有相同光線上光數(shù)統(tǒng)一計算的能力，通過統(tǒng)一的指令運行，IMG DXT在保障高性能的同時，還能夠降低功耗，并提供靈活的配置選項。



為了提升IMG DXT的性能表現(xiàn)，Imagination在這款GPU IP中增加了很多創(chuàng)新技術(shù)。首先當然要提一下IMG DXT背后的Photon架構(gòu)。作為業(yè)界第一個且是目前唯一達到level 4等級光線追蹤的架構(gòu)，Photon架構(gòu)也是首個對移動端進行優(yōu)化的架構(gòu)，使得移動端的光追效果達到了桌面級的質(zhì)量，對追蹤陰影、反射、全局照明和環(huán)境光遮蔽等功能進行了全面的優(yōu)化，并能夠幫助移動端設備實現(xiàn)高幀率運行。

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其次是在IMG DXT的紋理處理單元（TPU）內(nèi)置一個已獲得專利的創(chuàng)新特殊模式，可應用于游戲后處理階段。對于那些需要額外處理和降噪等操作的畫面，這個創(chuàng)新特殊模式可以僅增加很小面積，最大化降低面積增長和功耗，同時提供雙線性濾波性能翻倍的效果?！跋喈斢?個指令能夠提供double的效果，提升了后處理的吞吐量，有助于實現(xiàn)更好、更低功耗的降噪算法，提升光線追蹤的處理效果?！卑酥v到。

第三點是IMG DXT搭載了全新的著色器處理單元（SPU）。憑借全新三重通用著色器集群（USC）設計（3個ALU/TPU單元），DXT GPU將每個SPU的高端計算和紋理（ALU/TPU）性能提升50%以上，而以前的架構(gòu)只側(cè)重于雙USC設計（2個ALU/TPU單元）。

第四點是IMG DXT使用了遵循RISC-V指令集的固件處理器，可以實現(xiàn)40%的固件性能改善。艾克在此補充道：“這顆RISC-V固件處理器已經(jīng)在汽車系列產(chǎn)品中完成了芯片級驗證。”

第五點是IMG DXT引入了硬件HDR功能，通過標準API支持，能夠讓畫面的亮度、對比度更加真實。

最后還要提一下Imagination為IMG DXT提供的全面、領(lǐng)先且高效的開發(fā)工具包支持，包括PowerVR SDK和Khronos ASTC HDR等。

為了在提供高性能的同時進一步降低硬件光追的功耗，Imagination將光追技術(shù)和FSR（fragment shading rate，片段著色率）技術(shù)進行融合，在幾乎不降低圖像質(zhì)量的前提下減少片段著色器運行次數(shù)。艾克介紹稱，F(xiàn)SR技術(shù)可以以“1×1”、“2×1”、“2×2”和“4×4”四種方式運行，如果是“4×4”的方式，就是傳統(tǒng)的16模塊作為一個大塊運行一次，能夠帶來93.75%的片段運算能力節(jié)省，因此可以節(jié)省大量的運算資源，能夠讓GPU處于休眠狀態(tài)，或者為后續(xù)的畫面提供更精致的運算。

在此，他用一個畫面舉例稱，當FSR技術(shù)沒有開啟時，示例畫面每幀需要6.9MRays的運算算力，開啟之后，相同的畫面只需要3.2MRays。配合Imagination提供的可擴展的RAC（光線加速集群），實際上只需要更小的RAC就能夠?qū)崿F(xiàn)相同場景下的光追效果，用更低成本和低功耗的方式為用戶帶來極致的沉浸式體驗。

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是的，為了提高移動端硬件光追配置的靈活性，Imagination在IMG DXT提供了多種可選的配置方案，從節(jié)省面積的0.5 RAC設計到高性能的4 RAC設計。如下圖所示，即便是0.5 RAC設計，也能夠提供216MRay/s的光數(shù)運算能力和8GBoxText/s的光合檢測能力；如果是4 RAC設計，則能夠提供1.7GRay/s的光數(shù)運算能力和64GBoxText/s的光合檢測能力。豐富的配置能夠覆蓋從簡單陰影到AAA級游戲高級光追畫面的多應用覆蓋。

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此次發(fā)布會，Imagination帶來了IMG DXT系列下的三款產(chǎn)品。其中IMG DXT-8-256面向主流移動設備市場，主打單位面積性能，提供8GTexels/s和256GFLOP FP32算力；IMG DXT-48-1536面向高端移動設備市場，主打高性能，提供48GTexels/s和1.5TFLOP FP32算力；IMG DXT-72-2304面向旗艦級移動設備市場，主打極致性能和設備整體表現(xiàn)，提供72 GTexels/s和2.5 TFLOP FP32算力。

Imagination首席營銷官David Harold和Imagination產(chǎn)品管理總監(jiān)Stephen Barton共同表示，“在移動端推廣光線追蹤需要生態(tài)的支持，Imagination很早就開始啟動移動端硬件光追生態(tài)系統(tǒng)的建設和儲備，包括推出配套的光追開發(fā)工具，參加行業(yè)主流的游戲開發(fā)者大會，以及合作全球知名的游戲、智能手機、VR設備廠商等?！?/p>

寫在最后

Imagination一直在引領(lǐng)移動端硬件光追技術(shù)的發(fā)展，并持續(xù)推出領(lǐng)先行業(yè)的硬件光追技術(shù)。2022年，我們看到移動端積極擁抱硬件光追技術(shù)，但這些方案幾乎全是旗艦級的，而移動端游戲的發(fā)展是全民化的，面向不同的用戶階層。IMG DXT方案的出現(xiàn)填補了市場的空缺，讓移動端硬件光追技術(shù)更加普惠。