從 Mali GPU 看手持與傳統 GPU 的差異

 昨天剛好有個機會與 ARM 負責 Mali GPU 架構的工程師碰面，也就新一代的 Mali GPU 架構聊了一下，才發現不同的情境下，也產生桌上型以及手持設備需求的 GPU 的不同。先提一下下一代的 Mali-T604 與目前被三星、 ST-Ericsson 所使用的 Mali-T400 的關鍵差異，就是走向多 GPU 架構。

為何走向多 GPU 架構，這也要牽涉到目前矽晶片的狀況，從過去的經驗法則來看，雖然提高時脈可以有效的提昇效能，不過隨之而來的漏電導致發熱與能耗，還有提昇至一定時脈後的效能就會難以突破來看，提昇時脈並不是最好的答案。

另外，就 GPU 的架構發展來看，桌上型的 GPU 就是不斷地加入管線（ Pipe ），但是對於手持平台，這也不是最合適的方式，因為會導致 GPU 的架構越來越肥大，然而當系統並不需要那麼多 GPU 資源時，就會產生無謂的能耗；並且以 ARM 的觀點，還要設法提供選擇其架構的客戶進行差異化，所以最終的答案就是走向多核架構。

次代的 Mali-T604 先從定義每個 GPU 的管線開始，進而讓客戶決定要使用到多少個 GPU 架構，入門的應用處理器可以搭配單核、雙核 GPU，高階一些的就直接上四核心架構。而過去處理器與GPU的設計概念，管理多 GPU 仰賴的是CPU，也就是說多 GPU 設計很容易造成處理器的負擔。

為了避免這樣的情形， Mali-T604 架構的 GPU 運算分配交由專屬的控制器，藉此降低處理器負擔，並且能更有效的把工作分攤給各 GPU ，並且由硬體控制且管理使用的 GPU 數量，藉此達到效能與能耗的平衡點。

另外在手持設備的先天限制下， GPU 能夠使用的記憶體並不像桌上型那樣的沒有限制，一方面也是因為 lpDDR 價格較高的影響，另一方面則是受到 32 位元的先天限制。而 Mali-T604 則導入一套機制減少記憶體的佔用，就是如靜態以及大量重複的場景時，會經由過濾器篩選重複的數據，僅寫入不重複的數據以減少記憶體的虛耗，例如遊戲的背景通常是靜態的圖片，或是道路與背景的材質往往都是相同的，這些數據就會被過濾而不重複寫入。

若以 PC 的 GPU 觀念直接套用到手持設備，從上述的一些先天限制，恐怕是會有問題的，但至於一個 GPU 中不斷增加管線，或是先定義一個 GPU 有多少管線進而作成多核的架構孰優孰劣，目前還沒有個答案，不過從這次的對談中，倒是推翻不少過去接觸 PC 的 GPU 的概念，可見手持設備這個新領域有不少概念是要重新來過，不能以現有 PC 直接套用下去阿...

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