從移動到桌面全棧式GPU Imagination對云游戲支持的探索

日前，由阿里元境舉辦的Uwin元宇宙與“云游戲+”論壇在杭州成功舉辦。論壇上，來自元宇宙及云游戲生態鏈中各領域的嘉賓展開了一系列的探討，Imagination中國區產品管理總監王曉欣分享了《Imagination從移動到桌面全棧式GPU對云游戲支持的探索》的主題演講，從半導體 IP 供應商的角度介紹了 Imagination 對云游戲的理解及其創新與探索。

Imagination 中國區產品管理總監王曉欣

Imagination 是做什么的？

盡管大眾可能對Imagination 并不熟悉，但搭載Imagination IP 技術的設備早已出現在各個領域，從移動手機、電視機頂盒、再到車載顯示等，尤其是汽車和移動領域，其GPU 市場占有率一直領先，“目前使用 Imagination IP 的累計芯片出貨量超過 110 億顆”，Imagination中國區產品管理總監王曉欣介紹到。

從產品線來看，Imagination涵蓋 GPU、CPU 和AI 三大 IP 產品，主要面向移動、消費類、汽車、數據中心等應用市場。王曉欣特別提到，公司成立三十多年來，打造了不少引領行業的技術創新，例如“1996年發布的分塊延遲渲染技術，在要求高效率、低功耗的移動領域，它能大幅提高渲染效率，降低功耗。2021年發布了面向移動端的硬件級光線追蹤技術，將極大提高移動端游戲質量”。

云游戲的四大技術支撐

在Imagination 看來，元宇宙是一個共享的3D 虛擬世界，具有互動性、沉浸性和協作性，王曉欣表示，“云游戲是元宇宙一個很好的切入點, 元宇宙和云游戲將顛覆與游戲玩家和非玩家接觸的既有模式，為游戲平臺賦予了社交和商業屬性，使游戲成為了新的模擬平臺，蘊含著巨大的新機遇?！?/p>

云游戲的實現則需要GPU、虛擬化技術、5G/邊緣計算、AI 等四大技術的支撐。王曉欣介紹到，“首先 GPU為云游戲提供算力基礎，這分為兩部分：一是在服務器端，對整個云游戲場景進行渲染，支持不同規模的游戲用戶；二是在終端特別是手機端，如何使游戲畫面效果栩栩如生，如何通過游戲渲染增強頭戴設備的沉浸感，甚至是解決眩暈的問題等?！?/p>

其次是虛擬化技術?！霸朴螒虻闹攸c是'云'，即指多用戶，多用戶隔離及多用戶間的數據安全”要通過虛擬化技術實現。5G/邊緣計算則能提供高帶寬、低延遲，是云游戲部署實施的關鍵驅動力。同時，如何將 AI 技術與 GPU 渲染技術融合，將極大推動云游戲的發展。這也是Imagination 重點關注的方向。

不過，云游戲面臨著計算方面的挑戰。隨著大規模服務器的部署，通過堆積傳統游戲顯卡來提升算力，顯然并不可行。另外，傳統游戲顯卡對電源功率和風扇要求極高，發熱量過大。而Imagination 長期以來專注于移動領域，在PPA（功耗、性能、面積）上具有獨特的優勢，可將現有的GPU 技術應用到云游戲領域。

面向云游戲的Imagination 解決方案

現場，王曉欣也分別介紹了Imagination 當前面向云游戲的解決方案。高效與高視覺品質交融的多核GPU

首先他表示，ImaginationGPU IP 專注于渲染，專注于用最小的芯片面積，最優的性能，最小的功耗實現最好的渲染效果?，F場他也展示了Imagination 近些年推出的GPU 產品，包含 IMG A 系列、IMG B 系列多核 GPU、IMGC 系列、IMG DXT 系列等，針對不同的應用市場可提供不同的算力需求。

在移動端的實時硬件光追技術

會議中王曉欣著重介紹了光線追蹤技術。Imagination在光追方面已經有10年的歷史了。早在2014年就落地了專門加速光追的模塊并制作了演示demo, 不過當時的圖形API的標準還沒有關于光線追蹤的內容，包括相關的開發工具軟件、游戲引擎等也沒有光線追蹤的功能。到2021年我們推出了IMG CXT GPU， 這是全球第一款把實時硬件光線追蹤技術引入到移動端的GPU IP。

我們看到并非所有形式的光線追蹤支持都是相同的。實際上，任何具有計算能力的GPU都可以執行光線追蹤，但它們之間的區別在于可以執行光線追蹤的效率和可以達到的性能水平。因此，Imagination引入了光線追蹤等級系統（RTLS）的概念，以突出各種等級光線追蹤的效率。

其中第一級光線追蹤技術通過軟件實現，CPU占用資源較高。第二級光線追蹤技術是利用硬件處理光和或者三角形碰撞，從而節省了CPU資源，目前典型的桌面顯卡都是采用了這項技術。第三級光線追蹤技術開始，就需要支持BVH回溯。BVH是bounding volume hierarchy，這是一種用來管理3D場景中物體的方法。這部分是目前渲染器中最困難的部分，但是可以是渲染器更加高效。第四級光線追蹤技術除了光和自動測試的回溯之外，還需要相同光線上的光數統一計算，用統一的指令運行。而第五級技術則需要支持BVH builder，目前作為公司的儲備技術。

Imagination目前最新的DXT系列GPU提供的是第4級別的硬件級光線追蹤，且是可擴展的高級光線追蹤技術。DXT通過引入片段著色率 (FSR) 功能和增強的后處理技術來提高效率，同時布局的變化為光線追蹤提供可擴展性和靈活性。這款GPU可以從節省面積的0.5RAC（光線加速集群）配置擴展到高性能的4 RAC設計，涵蓋從混合實現方案中的簡單陰影到3A大作中的高級光追畫面等各類應用。

HyperLane GPU虛擬化技術

最后王曉欣介紹了ImaginationHyperLane GPU虛擬化技術。實際上大部分的云游戲玩家既玩3A 游戲大作，也玩輕松的休閑游戲，為了保證玩家時刻都有較好的云游戲體驗，每一個ImaginationGPU 核包含八條 HyperLane 通道，使游戲負荷得以高效平衡，以支持多位用戶。同時，HyperLane 提供用戶隔離和數據安全，多個操作系統或多個應用共享同一顆GPU。

在軟件方面，Imgination還支持廣泛的 CPU、自動操作系統、API 和高級圖形功能。此外，Imagination 也在積極地拓展中國游戲生態，包括與 oppo、vivo、小米、unity、騰訊游戲、網易游戲、米哈游等手機廠商、游戲公司和引擎公司合作，不斷測試優化游戲內容，為玩家提供優質的游戲體驗。Imagination希望通過底層技術，聯合產業各合作伙伴一起推動云游戲的發展。