GPU爆炸式發展的背后及未來挑戰趨勢

　　2006年，圖形處理器(GPU)總出貨量約為1.35億。同年，ARM 完成對挪威Falanx公司的收購，并獲得其移動GPU技術，完成對原有IP技術的擴展。10年后的今天，GPU已經廣泛用于智能手機、DTV和平板電腦等多種設備，短短10年時間ARM Mali技術也已成為全球出貨量第一的GPU，僅2015年總計出貨量就超過7.5億。

API與制程節點開發

　　對圖形領域而言，2015年振奮人心全新應用程序接口(API)的出現允許開發商將基礎圖形硬件發揮至技術允許的最高水平。

　　同年，Khronos團隊的工作引發有關Vulkan的熱烈討論。Vulkan是新一代OpenGL API，為新一代圖形API設計量身打造，足以滿足全部需求，并徹底終結了OpenGL ES和OpenGL作為API各自為政的時代。

　　Vulkan于2016年2月正式發布，是首款按照開發商需求設計的Khronos API。它由游戲引擎開發商、芯片提供商、IP公司和操作系統供應商共同開發，以期打造兼顧各相關方需求的最佳解決方案。Vulkan API應運而生，采用全新異構系統，不僅內置多線程支持，而且可以最大程度發揮硬件一致性的優勢。Vulkan屬于底層API，允許開發商自主決定硬件交互方式，并通過底層接入以找到最佳平衡點。

　　上述特性對虛擬現實(VR)等新興應用尤為重要，幫助開放商減少延遲，優化圖形流水線。

　　對聚焦GPU運算應用的開發商來說，OpenCL 2的發布是一個重要節點，多項全新理念進一步簡化了高性能GPGPU(General Purpose GPU，即通用計算圖形處理器)應用的開發流程。虛擬存儲共享概念的提出可以說最為關鍵，允許CPU和GPU之間的虛擬地址共享。與硬件一致性結合后，細粒度緩沖器共享成為現實。該技術簡化了實現CPU和GPU工作負載共享所需的開發工作，因為兩者間的數據雙向傳輸不再是必要條件。

　　半導體制造工藝也經歷了巨大革新。2014年，臺積電與三星推出20納米工藝節點，標志著平面工藝節點的10年歷史終于落幕;2015年，三星在Exynos 7420上使用全新14納米FinFet技術，臺積電緊隨其后，推出16納米FinFet工藝，并搭載于蘋果A9芯片;2016年，工藝節點獲得進一步完善，成本降低，產量增加;步入2017年，10納米工藝節點也不再是夢想。

　　從GPU的角度看，工藝節點技術的進步對整個行業意義非凡。首先，工藝節點越先進，單位區域(或功耗)的晶體管密度就越大。GPU屬于并行處理器，只要架構擴展，性能就會隨之提升。然而，先進工藝節點對布線的擴展效果不如晶體管。恰恰相反，Ergo 工藝制程從28納米優化至14納米，SoC設計師得以實現更高的晶體管密度，但卻不如布線的擴展。這意味著，如果設計10納米GPU時采用與28納米同樣的方法，設計結果必然會打折扣，因為晶體管和布線各有權衡，不盡相同。設計師常常需要妥協，使IP適應某個節點，這種權衡隨著先進工藝節點數量的增加變得愈加重要。

　　深入探討高端移動GPU的性能如何繼續提高之前，我們需要特別指出GPU性能從2011年到2016年提升了20倍這個有趣的事實。由于手機同時變得更加輕薄，因此該數字并不能代表技術進步的全景，但現代移動設備開發商對性能提升的渴求已經可見一斑。

　　移動設備開發商不斷完善現有用例，開發顛覆性的新用例，以保持創新節奏，并從新一輪的性能升級中獲益。

　豐富的案例開發，這些應用你體驗過嗎?

　　隨著移動平臺的發展，各類傳感器層出不窮。憑借飛速提升的系統性能、不斷改善的屏幕精度和日益增加的電池壽命，移動設備開發商已經坐擁創新的最佳平臺。

　　增強現實(AR)可以充分挖掘并展現智能手機的強勁性能。AR的原理并不復雜，利用高級攝像頭捕捉圖像，經過CPU、GPU、ISP、VPU和DPU，最后顯示在高清屏幕上。這個過程中，增強內容將覆蓋實際影像。根據應用目標的不同，物體識別、方位補償(使用電子羅盤和/或加速度計)或高級渲染技術都將各有用武之地。

　　一些人氣移動應用讓AR不再遠在天邊，并一舉進軍大眾市場，比如將濾鏡疊加在用戶臉部，然后生成圖片和視頻用于分享的Snapchat;以及讓用戶在真實地點看到動畫人物的Pokemon Go。無獨有偶，還有一些應用采取了更高級的AR技術，比如將攝像頭捕捉與3D物體相結合。這些創新用例層出不窮，并可以用于包括零售和高端游戲在內的各行各業。舉個例子，用戶可以使用移動設備查看家具是否與硬裝搭配，家具巨頭宜家就打算在2017年發布AR產品目錄。

　　虛擬現實已經不算新理念了，但其核心技術卻仍在經歷巨變。硬件設備已經萬事俱備，擁有足夠強大的性能運行炫目的VR內容，一個適合創新的大規模開發商生態系統也已經形成。這一點在移動平臺的體現格外深刻，因為人人都能用，且其移動性自身便是重要優勢。與臺式機和游戲機不同，移動設備無拘無束。當然，實現這一點需要在設備上安裝各類傳感器。實際上，VR領域的許多重大突破都是在移動設備上實現的——利用VR技術增強用戶體驗的云霄飛車就是高性能移動應用的一個典型案例。

　　盡管推陳出新的顛覆式應用不斷刷新智能手機的使用方式，但我們經常會忘記一點現實，最普遍的移動應用情景依然是網頁瀏覽和游戲。近幾年，屏幕分辨率和刷新率都得到提升，用戶界面(UI)的視覺效果和使用體驗也越來越自然。這些優化對GPU提出了更高要求，成為成本導向型市場不小的挑戰。