细数移动设备 GPU的进化之路

　　近年来智能手机和其他移动设备的硬件是科技市场发展最快的市场之一。智能手机领域巨大的销量吸引了各行各业众多想要为这些设备生产硬件和软件的公司的目光。虽然 ARM 公司的 RISC 处理器是这些设备最基础的 CPU，但是仍然有一些公司有心争夺移动 GPU 市场的领导地位。AMD、ARM、Nvidia、PowerVR、Qualcomm 和 Vivente 是该领域最主要的公司，我们将会逐一分析每家公司的 GPU 产品，从而能够深入了解智能手机行业竞争最激烈的领域。

　　Imagination PowerVR

　　Imagination Technologies 公司是移动 GPU 领域资历最老的公司之一，为电脑、游戏机和其他设备生产 GPU 的历史超过 15 年。在 2000 年早期，由于 ATI 和 Nvidia 在 GPU 性能方面都有很大提升时，很多生产图形芯片的公司被挤出了 PC 市场。为了应对这一危机，Imagination 公司将注意力集中到了开发低耗能的 GPU 上，从而最终演化成了移动市场的佼佼者。PowerVR 图形处理技术在显卡行业可谓独树一帜，因为它使用多边形而不是三角形作为基本几何图形。PowerVR 也可以通过使用一种基于图块的延迟渲染技术简化渲染过程。这种技术使得并行化处理变得简单，并且减少 GPU 所需要的带宽。

　　1. 2000：The PowerVR MBX

　　PowerVR MBX 和 MBX Lite 在技术上是一致的，但是 MBX Lite 耗能更低，因为它使用的较低的时钟速度。这种 GPU 已经被集成到了系统芯片中（SoCs），例如第一代的 iPhone 和 Nokia N95，同时也被集成到了另外的产品中，例如戴尔 Axim 50v。飞思卡尔、德州仪器（TI）和三星的系统芯片中都使用了 MBX GPU。因特尔也将 MBX GPU 集成到一些 ARM 2700G 处理器中。PowerVR MBX 和 OpenGL ES 1.x、OpenGL 1.1 和 DirectX 7 是完全适配的，有可能成为 PowerVR Kyro GPUs 的继任产品。

　　2. 2005 – 2010：Imagination 第五代 GPUs

　　2005 年 Imagination 公司推出了第五代 GPU：PowerVR SGX 系列。这种图形处理器支持 OpenGL ES 2.0，在当时功能强大、效率非常高，而且今天仍然广泛应用于智能手机中。这种图形处理器位于通用可扩展着色引擎（USSE）的中心，可支持多种性能层次。这种 GPU 广泛应用于三星 Exynos 系统芯片（SoCs），Apple A4 和德州仪器 OMAP3 SoCs 种。因特尔将这种 GPU 集成到该公司的一些芯片组中，可用于 Atom 和奔腾 M 处理器中。一些使用这种 GPU 的设备包括 Freebox Revolution、第一代 iPad、第一代 iPhone，一些 Galaxy S2 智能手机和 Google Glass。

　　目前也存在着该型号的各种不同架构，但是 SGX535 是最常见的一款。这种模式具有两个处理单元，同时与两个 TMU 结合，支持 DirectX 9。SGX530、SGX 531 和 SGX540 模式的使用也非常广泛。该系列中最性能最强劲的 GPU 当属 2010 年推出的 SGX545，该模式拥有四个 EUs，两个 TMUs，并且支持 DirectX 10.1 和 OpenGL 3.2。

　　3. 2009 – 2010：5 XT 系列

　　2009 年 Imagination 进一步改进了其第五代 GPU 的设计，推出了 5XT 系列。这些新的 GPU 和第五代图形处理芯片具有相同的时钟速度，但是性能却更高。这一次的改进主要体现在引擎改为了 USSE2 引擎，以及加入了对多核的支持。虽然第五代 GPU 中的 EU 和 TMU 的数量在每个芯片中都不一样，但是在单个 USSE 核心内部具有执行资源。多 USSE2 引擎可以相互结合，从而获得更快的 GPUs。具有多个 USSE2 引擎的 GPUs 以“MP#”为标记，其中 # 代表 USSE2 核的数量。例如 Apple 的 A5 芯片具有 PowerVR SGX543MP2（意味着有两个 USSE2 内核），PlayStation Vita 具有 PowerVR SGX544MP4（意味着其中有四个 USSE2 内核）。虽然从技术上说最多可以使用 16 个内核，但是传统的方案中一般只使用两个、三个或者四个内核。

　　5XT 系列中 USSE2 只有两个版本——SGX543 和 SGX544 的 USSE2 单元（包含 4 个 EUs 和 2 个 TMUs），以及 SGX554 的 USSE2 单元（包含 8 个 EUs 和 2 个 TMUs）。该系列和 OpenGL ES 2.x 和 DirectX 9.0 相互兼容，但是对于 API 的兼容性则视具体情况而定。该系列在以下产品中使用更多：Apple (A5, A5X, A6, A6X), 三星 (Exynos) 和德州仪器。

　　4. 2012-2014：PowerVR Rogue

　　2012 年 Imagination 推出了第六代 GPU，代号为 Rogue。Rogue 是 Imagination 的第一个一体化架构，也是该公司第一个支持 DirectX 10（G6100 和 6XE 只支持 DirectX 9）和 OpenGL ES 3.1 的 GPU。和 5XT 系列类似，Rogue 系列 GPU 支持多显卡核心配置。虽然和 5XT 系列相比，第六代 GPU 优势突出，但是系统芯片制造商对第六代 GPU 的采用率却很慢；相比之下，他们更偏爱 5XT 图像处理芯片。在因特尔的 Atom Z34x0 CPUs (PowerVR G6400)、Apple A7 (PowerVR G6430) 和 Apple A8 (PowerVR GX6450) 中成功实现了四核，而在 Allwinner (PowerVR G6200) 和 Mediatek 的系统芯片中则采用的是双核配置。Apple A8X 使用的则是超高性能的 8 核配置，即 PowerVR GX6850。

　　5. 2014 – 2015：PowerVR 7 系列

　　2014 年 Imagination 推出了第七代 GPU，试图取代第六代产品。第七代 GPU 有两个版本：PowerVR 7XE 系列和 PowerVR 7XT 系列。API 仅支持 OpenGL ES 3.1 和 OpenCL 1.2，但是在高端 7XT 系列可扩展至 OpenGL 3.3 和 DirectX 10。这些 GPU 还没有被系统芯片制造商采用，但是 GT7600 已经用于 Apple A9 芯片中。最强劲的 GPU GT7900 包含有 16 个数据聚类，总共具有 32 个处理单元。