Η Arm φέρνει πραγματικό ray tracing στα κινητά με την Immortalis-G715

Μαζί με τους επεξεργαστές επόμενης γενιάς, η Arm αποκάλυψε τους τελευταίους πυρήνες γραφικών που θα μπορούσαν να τροφοδοτήσουν smartphone και άλλα gadget από το 2023. Θα υπάρχουν τεχνικά τρεις επιλογές GPU σε αυτήν τη γενιά, η Immortalis-G715, η Mali-G715 με ray tracing, και η mid-range Mali-G615.

Το σημαντικότερο χαρακτηριστικό φέτος είναι η υποστήριξη ray tracing μέσω hardware που εμπίπτει στο νέο branding Arm Immortalis. Η Arm αναφέρει επίσης ότι υπάρχει 15% ενίσχυση απόδοσης στο ISO-process για όλες τις πρόσφατες GPU, μαζί με 2x βελτίωση στη μηχανική εκμάθηση, και 15% καλύτερη ενεργειακή απόδοση σε σχέση με την Mali-G710.

Οι τελευταίες GPU της Arm είναι η τέταρτη γενιά της αρχιτεκτονικής γραφικών Valhall, η οποία αντικατέστησε την Bifrost με το Mali-G77 του 2019. Στον πυρήνα τους, τα Immortalis-G715, Mali-G715, και Mali-G615, μοιράζονται το ίδιο DNA γραφικών.

Υπάρχει μια ανανεωμένη μηχανή εκτέλεσης μαζί με την υποστήριξη για Variable Rate Shading (VRS). Το VRS μπορεί να ενισχύσει την απόδοση έως και 40% κάνωντας decoupling στο rasterization και τις συχνότητες του shading. Το shading μεταβλητού ρυθμού υποστηρίζεται σε ορισμένα παιχνίδια για κινητά εδώ και λίγο καιρό και η Arm βρίσκεται πλέον στα επίπεδα των GPU Adreno της Qualcomm.

Εκτός από το ray tracing, η μόνη πραγματική διαφορά μεταξύ αυτών των GPU είναι ο υποστηριζόμενος αριθμός πυρήνων και οι διαμορφώσεις μνήμης. Αναμένετε λοιπόν να δούμε την Immortalis-G715 στα κορυφαία SoC και τις G715 / G615 σε ελαφρώς κατώτερους επεξεργαστές. Τσέκαρε τις διαφορές των εκδόσεων.

Ο ανανεωμένος μηχανισμός εκτέλεσης ονομάζεται Execution Engine Evolution. Εκτός από την υποστήριξη του shading μεταβλητού ρυθμού, υπάρχει ένα προσαρμοσμένο FMA block. Επίσης, υπάρχει διπλάσιος αριθμός μονάδων FMA σε κάθε πυρήνα μαζί με ένα αποκλειστικό block MMUL σε κάθε FMA.

Αυτό επέτρεψε στην Arm να διπλασιάσει τη μέγιστη υπολογιστική ισχύ, ιδιαίτερα για φόρτους εργασίας μηχανικής εκμάθησης, ενώ αυξάνει το μέγεθος της περιοχής του πυρήνα μόνο κατά 27%. Υπάρχουν ακόμα δύο συμπλέγματα διαδρομής δεδομένων ανά μηχανή, άρα τέσσερις μονάδες FMA ανά πυρήνα.

Η Arm έχει κάνει και άλλες βελτιώσεις στον ευρύτερο shader core. Υπάρχει τριγωνική απόδοση αιχμής 3x στο Tiler για παιχνίδια υψηλής γεωμετρίας, 2x απόδοση μίξης FP16, νέο hardware FP16 για πολλαπλά δείγματα anti-aliasing και 2x ταχύτητα χαρτογράφησης υφής για Level of Detail cases.

Η AFRC εμφανίζεται για πρώτη φορά στη βαθμίδα premium, αφού προηγουμένως περιλαμβανόταν σε πυρήνες χαμηλότερου επιπέδου που συνήθως έχουν περισσότερο περιορισμένο εύρος ζώνης μνήμης. Τώρα υπάρχει επίσης ένα προγραμματιζόμενο λογισμικό L2 hash (ανάλυση 32K x 32K), προσφέροντας μεγαλύτερη ευελιξία στην επιλογή αλγορίθμου κατακερματισμού για προγραμματιστές.

Όλα αυτά είναι μια περίπτωση βελτιστοποίησης του πυρήνα γραφικών για πραγματικούς φόρτους εργασίας, επιτρέποντας στον Arm να συμπιέζει ακόμη περισσότερη απόδοση και αποτελεσματικότητα από την αρχιτεκτονική του Valhal, τουλάχιστον όσον αφορά τους κορυφαίους πυρήνες Mali.

To ray tracing ήταν, μέχρι στιγμής, το κορυφαίο στολίδι στον χώρο των γραφικών του υπολογιστή και της κονσόλας, αλλά για πρώτη φορά, τώρα έχουμε αποκλειστική υποστήριξη μέσω hardware και στις GPU για κινητά από την Arm.

Με υποστήριξη από το Vulkan ray tracing API, η Arm Immortalis-G715 μπαίνει στον ίδιο χώρο με την Xclipse της AMD στον Exynos 2200 της Samsung ως οι πρώτες GPU για φορητές συσκευές με δυνατότητα ray tracing.

Τούτου λεχθέντος, η υποστήριξη ray tracing μπορεί τεχνικά να προστεθεί και στα κανονικά G715 και G615, εάν ήθελαν οι συνεργάτες της Arm, αν και οι μικρότεροι αριθμοί πυρήνων είναι απίθανο να δημιουργήσουν μια καλή εμπειρία αυτής της τεχνολογίας.

Το ray tracing προσομοιώνει ρεαλιστικό φωτισμό και αντανακλάσεις, ανιχνεύοντας τη διαδρομή του φωτός μέσα από μια σκηνή. Αυτό επιτυγχάνεται με τη ρίψη ακτίνων από την οπτική γωνία της κάμερας και τον υπολογισμό του σημείου που οι ακτίνες τέμνουν τη γεωμετρία και τις πηγές φωτός στη σκηνή.

Η ρίψη ακτίνων και ο υπολογισμός των τομών είναι μια υπολογιστικά απαιτητική εργασία, ειδικά σε υψηλές αναλύσεις. Για να επιταχύνουν αυτούς τους υπολογισμούς, οι GPU χρησιμοποιούν αποκλειστικό hardware. Υπάρχουν διάφορες μορφές επιτάχυνσης και βελτιστοποίησης ανάλογα με το πόση πολυπλοκότητα ιχνηλάτησης ακτίνων απαιτείται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα διαφορετικές επιδόσεις, ισχύ και δυνατότητες απόδοσης μεταξύ των GPU.

Το Ray Tracing Unit (RTU) της Arm είναι ένα προαιρετικό πρόσθετο ενσωματωμένο απευθείας στον shader core, αντί για έναν εξωτερικό επιταχυντή, πράγμα που σημαίνει ότι η απόδοση κλιμακώνεται καθώς αυξάνεται ο αριθμός πυρήνων.

Το μικροσκοπικό RTU καταλαμβάνει λιγότερο από το 4% του πυρήνα του shader, αλλά παρέχει πάνω από 300% καλύτερη απόδοση ανίχνευσης ακτίνων, σύμφωνα με την εταιρεία Arm, από ότι όταν λειτουργεί χωρίς επιτάχυνση υλικού.

Το RTU περιέχει αποκλειστικές μονάδες επιτάχυνσης για ανίχνευση κουτιών και τριγώνων οριοθέτησης, επιταχύνοντας σημαντικά τον χρόνο που απαιτείται για την εκτέλεση αυτών των υπολογισμών σε σχέση με την τυπική μονάδα FMA.

Αξίζει να σημειωθεί ότι υπάρχουν διαφορετικά επίπεδα υποστήριξης ray tracing. Η υλοποίηση της Arm δεν φτάνει στο σημείο να επιταχύνει την BVH, καθιστώντας την μια πιο ακριβή υπολογιστικά εφαρμογή ανίχνευσης ακτίνων σε σύγκριση με την υποστήριξη που εμφανίζεται στις κονσόλες παιχνιδιών, αλλά με μικρότερο εμβαδόν και κόστος ισχύος.

Ως εκ τούτου, δεν θα πρέπει να περιμένουμε οπτική πολυπλοκότητα ή ρυθμούς καρέ που να πλησιάζουν αυτόν του χώρου υψηλής τεχνολογίας, αν και αυτό ήταν πάντα κάπως αναμενόμενο, δεδομένων των περιορισμών ισχύος, απόδοσης και περιοχής των γραφικών στις φορητές συσκευές έναντι των επιτραπέζιων συστημάτων.

Η Arm χρησιμοποιεί μια υβριδική μέθοδο rasterization και ray tracing. Ως εκ τούτου, περιμένουμε πιο μέτριες βελτιώσεις στο φως, τη σκιά, και τις αντανακλάσεις, που μπορούν να επωφεληθούν από τη χρήση ακτίνων, αντί για μια τεράστια αναβάθμιση στην πιστότητα των γραφικών.

Η Immortalis-G715 και το ray tracing, που στοχεύουν σε κορυφαίες μάρκες smartphones επόμενης γενιάς, είναι ξεκάθαρα το σημαντικότερο κομμάτι αυτής της γενιάς. Ωστόσο, υπάρχουν πολλές αναμφισβήτητα πιο σημαντικές γενικές βελτιώσεις, όπως η 15% καλύτερη απόδοση, η υποστήριξη shading μεταβλητού ρυθμού, και πολλά άλλα που αποτελούν σημαντικό όφελος για τα σημερινά παιχνίδια για κινητά, όχι μόνο για αυτά της επόμενης γενιάς.

Όπως και να έχει, θα πρέπει να περιμένουμε να δούμε αν αυτό είναι αρκετό για να χτυπήσουν αυτές οι GPU τους ηγέτες της αγοράς σε επίπεδο fps. Επιπλέον, όσο ωραίο κι αν είναι το ray tracing με hardware, υπάρχει ακόμα το μεγάλο ερώτημα του οικοσυστήματος και οι περιορισμοί που ίσως θέτει.

Ακόμα κι αν η Mediatek, η Samsung, η Google, και άλλοι κατασκευαστές διαθέτουν επεξεργαστές με υποστήριξη hardware ray tracing μέχρι το 2023, το οικοσύστημα λογισμικού είναι πιθανό να μείνει πίσω περιμένοντας την κίνηση μεγάλων παικτών, όπως η Apple και η Qualcomm.

Παρ’ όλα αυτά, ακόμη και τότε, δεν είναι σαφές πόσο γρήγορα θα γίνει υιοθετηθεί το ray tracing, δεδομένου ότι οι προγραμματιστές παιχνιδιών θέλουν να στοχεύσουν στο ευρύτερο δυνατό φάσμα καταναλωτών και όχι μόνο στα πιο πρόσφατα flagship smartphones.

Όπως και να έχει, τουλάχιστον η υποστήριξη ray tracing με hardware είναι εδώ και καθιστά δυνατή τη δημιουργία παιχνιδιών που θα την έχουν και οι χρήστες θα μπορούν να τα παίξουν στα κινητά τους.

Η Arm αναμένει να δει τους πρώτους τίτλους με υποστήριξη ray tracing κάποια στιγμή στις αρχές του 2023 με τους προγραμματιστές να ασχολούνται κυρίως με την Immortalis-G715.

Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.

Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.