图形处理革命性突破：Imagination推出IMG CXT图形处理器

2021年11月4日，中国上海的新品发布会上，Imagination宣布推出首款GPUIP产品——IMG CXT，一同亮相的还有PowerVR Photon光线追踪架构，通过增加Photon硬件光线追踪功能，IMG CXT实现了GPU IP的又一次重大飞跃，能够为游戏和其他图形处理应用场景提供令人难以置信的性能。

在了解Imagination此次带来的新产品之前，首先要了解一下什么是光线追踪技术。光线追踪是一项改变游戏规则的技术，可以使图形真实感达到跃升式变化。通过模拟真实世界中光线的表现，它可以创造出与现实生活几乎无异的三维（3D）场景。

光线追踪很早之前就已存在，比如《阿凡达》、《头号玩家》、《失控玩家》这样的特效电影中就曾用到了相关的技术，通过光线追踪技术追求极致的画质，去做特效的画面处理。但长期以来，由于该技术带来的计算量十分复杂，还需要消耗大量的计算资源，因此只有桌面级PC、游戏主机才能支持光线追踪解决方案，并且仅限于近几年发布的中高端产品，移动端一直没有高效的解决方案。

如今，凭借Imagination打造的IMG CXT以及革命性的PowerVR Photon架构，移动开发者和游戏玩家现在也能够体验到这种令人难以置信的渲染技术和全面的硬件加速功能。

PowerVR Photon带来的革命性突破

随着光线追踪技术在各种图形处理应用中变得越来越重要，Imagination也定义了一套光线追踪等级系统，旨在帮助开发人员和原始设备制造商清晰了解现在和未来可用的光线追踪加速解决方案的功能。

据Imagination中国区战略市场与生态副总时昕博士介绍，就如同自动驾驶分L1－L4等级一般，Imagination给光线追踪做了一个光线追踪等级系统（RTLS）分别从0级（Level0）到5级（Level5）共6个等级，具体来看包括：

L0 传统解决方案；

L1 传统GPU上的软件方案；

L2 光线－包围盒和光线－三角形测试器；

L3 具备硬件BVH处理能力；

L4 具备硬件BVH处理能力和相干性分类能力；

L5 带有BVH硬件生成器的相干性BVH处理功能。

IMG CXT所采用的PowerVR Photon架构已经属于RTLS 4级，远高于现在已经出现的软件光线追踪解决方案。“我们今天是第一次在全球做到了第四级的硬件处理能力，而且还是在移动端，如果这个技术客户需要，我们也可以用在数据中心和PC端。”时昕博士如是说。

据介绍，PowerVR Photon架构的主要特点是RAC，这是一种新的低功耗专用硬件GPU组件，相比效率较低的 RTLS 2级架构，它可以加速和卸载更多来自着色器内核的光线追踪计算。RAC包含了光线存储、光线任务调度器和相干性聚集器，并与两个128宽的统一着色器集群（USC）紧密耦合，USC拥有高速专用数据通路，可以实现最高效且功耗最低的光线追踪部署。

Ray Store可以在处理过程中将光线数据结构保存在芯片上，并提供对 RAC中所有单元的高带宽读写访问，从而避免了将光线数据存储或读取至动态随机存取存储器（DRAM）所造成的速度降低或功耗增加。Ray Task Scheduler可以卸载着色器集群的任务，并通过专用硬件部署和追踪光线工作负载，同时保持高光线吞吐量和低功耗。独特的Coherency Gatherer单元可以分析所有传播中的光线，并将整个场景中的光线绑定成多个相干组，从而能够以更高的效率对它们进行处理。

得益于Imagination的多核技术，PowerVR Photon架构可以扩展应用于云、数据中心和PC市场。这可以实现高达 9TFLOPS（每秒万亿次浮点运算）的FP32光栅化性能和超过7．8GRay／s的光线追踪性能，同时能够提供比当今的 RTLS 2 级或3级光线追踪解决方案高2．5倍的功耗效率。

IMG CXT在移动端实现桌面级质量的视觉效果

以全新推出的GPU IP产品IMG CXT为例，IMG CXT－48－1536 RT3内核具有三个光线加速集群（RAC），可提供总体高达1．3GRay／s的性能。这可以在移动设备的功耗预算下，以高帧率提供逼真的光线追踪阴影、反射、全局照明和环境光遮蔽效果。

IMG CXT在光栅化图形处理性能方面也向前迈出了重要一步，与Imagination的上一代GPU IP相比，其计算、纹理和几何性能都提高了50％。它的低功耗超标量（superscalar）架构可在低时钟频率下提供高性能，从而实现卓越的帧率功耗比（FPS／W）效率，同时 Imagination图像压缩（IMGIC）技术可以大幅降低带宽需求。

IMG CXT也非常适合于超高品质的汽车人机界面（HMI）平台。它可以实现环绕视图中逼真的车辆图像，卫星导航中密集城市区域的展示，以及具备混合现实功能的抬头显示器（HUD）、数字车速表和其他信息显示器。它还可以在车上人员等待车辆充电时提供优质的车内游戏和娱乐体验。

从现场展示的部分演示图中也看到，光线追踪全局照明为场景中的物体增加了出色的环境照明效果，实现了最真实的照明。同时，CXT RT3可以在移动设备功耗预算下，以原生1080P清晰度和30－60的帧频（FPS）提供这种视觉质量。

总结下来，IMG CXT的亮点包括：

1．首次在移动 IP上实现了桌面级质量的光线追踪视觉效果；

2．业界首款RTLS 4级光线追踪架构；

3．功耗效率比现有的RTLS 2／3级解决方案高2．5倍；

4．可扩展应用于桌面和数据中心（高达 9 TFLOPS的FP32光栅化性能和超过 7．8 GRay／s的光线追踪性能）；

5．相比上一代GPU，计算、纹理和几何性能提高了50％；

6．已在多个市场中进行了授权。

作为在光线追踪技术领域拥有近10年投入历史的企业，Imagination通过长期以来的技术积累和沉淀，如今通过其全新的PowerVR Photon架构将光线追踪扩展至移动市场，IMG CXT也给开发人员提供了一个专门用于加速光线追踪的硬件组件，相比其他解决方案，IMG CXT所提供的更高功耗和面积效率，除了受到了众多开发人员的追捧，也收到了来自完美世界、腾讯等合作伙伴的一致好评。

值得注意的是，Imagination还提到，IP厂商除了用户以外，还有一个最不可或缺的就是芯片客户，IP技术最终还是要芯片来承载的，CXT新架构已向全球数家客户进行了授权，他们已经在基于Imagination的技术架构在进行设计。

在产品发布结束后，Imagination中国董事长白农先生、Imagination公司副总裁中国区总经理刘国军先生、 Imagination中国区战略市场与生态副总时昕博士、Imagination技术前瞻副总裁 Kristof Beets先生也针对诸多产品向技术细节向在场的媒体进行了解答。

在被问及光线追踪技术在复杂的场景环境下的效率问题时，Kristof表示，复杂场景之下要靠着色器去完成对于场景的渲染，此时所要消耗的资源、功耗都是非常大的，而Imagination现在等于把这部分的工作从原有的着色器那里分流到了专门的光线追踪的硬件部分，由光线追踪的部分来完成。当这种渲染的负载被转移到更为专用的硬件上面，它的效率一定会更高。

对于消费者何时能够体验到Imagination光线追踪技术产品的效果时，Kristof表示，这款带有光线追踪功能的CXT授权已经给到分布在全球多个国家的好几个客户。按照常规流程，从IP授权到SOC设计，再到流片，再进入到平台，再推向市场的周期需要18－24个月，预计最终产品最快在2023年能够上市并被消费者在体验到硬件光线追踪解决方案所带来的效果。