Графические ускорители ARM: Adreno, GeForce ULP, PowerVR и другие
Современные смартфоны и планшетные ПК просто-таки нельзя представить без графического ускорителя, который входит в состав однокристальной системы (system-on-a-chip). Сейчас графическое ядро требуется не только для запуска трехмерных игр, но и для прорисовки интерфейса операционной системы и воспроизведения видео сверхвысокого разрешения (4K).
Первопроходец Intel
В начале 2000-х мобильные телефоны и КПК обрабатывали графику в играх исключительно с помощью центрального процессора. При этом картинка в играх была предельно примитивной. Лед тронулся в 2006 году, когда компания Intel представила мобильное графическое ядро 2700G с производительностью на уровне игровой консоли Sony PlayStation One. Правда, операционные системы Windows Mobile и Symbian не смогли наполную раскрыть его потенциал.
Dell X50v – КПК с графическим ускорителем Intel 2700G
Мобильные графические ускорители стали эффективно использоваться лишь с выходом Apple iPhone и Android-смартфонов. Так, первое поколение iPhone строилось на базе процессора Samsung ARM 1176JZ(F)-S с графикой Mbx lite (от компании Imagination Technologies). Первым же графическим ядром для Android стало Adreno 130, о котором речь пойдет чуть ниже.
Qualcomm Adreno
В 2005 году компания Qualcomm, до этого занимавшаяся исключительно оборудованием для сотовых сетей, получила у ARM Limited лицензию на производство и, что важнее всего, модификацию процессоров архитектуры ARM. Несколько лет у нее ушло на разработку собственной архитектуры под названием Scorpion (набор инструкций ARMv7) и внедрение энергоэффективного графического ускорителя ATI Imageon.
В 2008 году в продажу поступил WindowsMobile-коммуникатор HTC Touch Diamond с процессором Qualcomm MSM7201A и графикой Adreno 130 (переименованная ATI Imageon). А вскоре мир увидел первый Android-смартфон – HTC Dream (операторское название T-Mobile G1) с точно такой же однокристальной системой. Окрыленная успехом на рынке Android, компания Qualcomm выкупила подразделение мобильной графики AMD.
Современная графика Qualcomm представлена как бюджетными моделями (Adreno 203, 205 и 305), так и настоящими 3D-монстрами (Adreno 320, 330 и 420). В отличие от родоначальницы Adreno 130, в которой применялась устаревшая конвейерная архитектура с фиксированными функциями блоков, современная графика Qualcomm строится на унифицированной шейдерной архитектуре. Исключением стала лишь Adreno 205 с VLIW-архитектурой.
NVIDIA GeForce ULP
Компания NVIDIA, многолетний лидер индустрии компьютерной графики, не могла долго оставаться в стороне быстрорастущего рынка мобильных гаджетов. И если первое поколение чипов NVIDIA Tegra нигде кроме медиаплеера Microsoft Zune HD не применялось, то второе поколение произвело настоящий фурор. Так, LG Optimus 2X на базе Tegra 2 стал первым в мире двухъядерным Android-смартфоном. Да и львиная доля модельного ряда Android-планшетов 2011 года строились именно на втором поколении Tegra. Мобильное графическое ядро Tegra 2 получило 8 ядер и громогласное имя GeForce ULP.
В третьем поколении однокристальных систем NVIDIA число ядер графики увеличилось до 12, а в четвертом – до 72 штук. Настоящим же откровением стал анонс чипа Tegra K1 с графикой аж на 192 ядра и, что важнее всего, взрослой архитектурой Kepler. Наконец-то появилась возможность сравнивать смартфонно-планшетную графику NVIDIA с ее же видеокартами для ПК. Если не делать поправку на невысокую частоту графического ядра и видеопамяти Tegra K1, то можно предположить, что она всего лишь вдвое медленнее ноутбучной NVIDIA GeForce 740M (384 ядра Kepler).
Imagination PowerVR
Несмотря на сильные рыночные позиции Qualcomm и авторитет NVIDIA, именно мобильная графика PowerVR от компании Imagination Technologies является самой распространенной в мире. По некоторым данным, ее доля достигает 50 процентов рынка. Впрочем, оно и не странно, ведь графику PowerVR применяют в своих однокристальных системах сразу несколько крупных производителей.
Так, графические ускорители PowerVR SGX 531 и SGX 544MP в своих ARM-процессорах использует компания MediaTek. Модель PowerVR SGX 545 вполне себе неплохо подружилась с процессорными ядрами х86 в чипах Intel Atom. Нельзя забывать и про портативную игровую консоль Sony PlayStation Vita с графикой PowerVR SGX 543MP4+.
Приоритетным же заказчиком для Imagination остается компания Apple. Именно ей Imagination предоставляет право первыми использовать свои новейшие разработки. Так было в 2011 году с PowerVR SGX 543MP2 с двумя кластерами ядер (для iPad 2 и iPhone 4S), точно также произошло в прошлом году с PowerVR G6430 с уже четырьмя кластерами (для iPad Air, iPad mini 2gen и iPhone 5S).
А ведь в арсенале Imagination имеется еще более мощная графика – PowerVR GX6650 с 192 ядрами, как у NVIDIA Tegra K1. Так почему же качество картинки в мобильных играх так медленно двигается вперед? Об этом мы тоже расскажем ниже.
ARM Mali
Британская компания ARM Limited, которая в 1980-х и придумала одноименную процессорную архитектуру, проектирует не только процессорные, но и графические ядра. А ее партнеры сами решают, лицензировать только первое, или еще и второе. Пробой пера для ARM Limited стала графика Mali 55, которая применялась в мобильном телефоне LG Renoir не столько для игр, сколько для плавности анимации меню.
Первым же полноценным ускорителем 3D-графики ARM Limited был Mali-200, которого со временем заменил мультикластерный Mali-400MP. Новым витком эволюции стала графика Mali-T604 (почти вдвое быстрее Mali-400MP), первым устройством на базе которой стал планшет Google Nexus 10.
Противостоять же графическим флагманам 2014 года – Adreno 420, Tegra K1 и PowerVR G6650 – будет ARM Mali-T760, способный построить до 1,4 млрд. треугольников в секунду. Кроме того, Mali-T760 поддерживает актуальные графические технологии OpenGL ES 3.0 и DirectX 11, а также параллельные вычисления OpenCL.
Сравнить несравнимое
Противопоставлять друг другу два мобильных графических ускорителя – дело неблагодарное. Меньше всего стоит доверять показателям бенчмарков, так как они выдают суммарную оценку процессора и интегрированной графики. Некоторые однокристальные системы содержат мощные процессорные ядра и при этом слабый графический ускоритель, тогда как в других наоборот перевешивает графика.
Лучший же способ сравнить два мобильных графических ядра – детально рассмотреть их архитектуру. В качестве примера возьмем три широко известные модели: Qualcomm Adreno 220 (из чипа Snapdragon S3), NVIDIA GeForce ULP (из Tegra 2) и Imagination PowerVR SGX 543MP2 (из Apple A5). Так, графика Adreno 220 содержит 8 унифицированных шейдеров, работающих по-умолчанию на частоте 266 МГц, а ее производительность оценивается в 17 GLOPS.
Конкурирующая же NVIDIA GeForce ULP версии Tegra 2 также имеет 8 шейдеров, но в отличие от Adreno они не унифицированные. Четыре шейдера являются пиксельными и еще четыре вертексными. Стандартная частота ядра GeForce ULP равняется 300 МГц. Пиковая производительность Tegra 2 составляет 5,6 GLOPS. Существенное отставание в производительности от Adreno 220 при в целом-то схожем количестве шейдеров вызвано меньшем количеством инструкций, обрабатываемых за такт.
Qualcomm Adreno 220
NVIDIA GeForce ULP (версия из Tegra 2)
Imagination PowerVR SGX 543MP2
С фиксированными функциями блоков
С фиксированными функциями блоков
Отдельно стоит поговорить про графику Imagination PowerVR SGX 543MP2, которую часто ошибочно называют «двухъядерной». На самом же деле, приставка MP2 в названии подразумевает наличие двух кластеров ядер. Каждый кластер у SGX 543MP2 содержит 4 пиксельных шейдера и 2 вертексных. То есть суммарное количество шейдеров у SGX 543MP2 равно 12 (8+4), начальная рабочая частота – 200 МГц, а быстродействие – 14,4 GFLOPS.
Унифицированная шейдерная архитектура является куда более современной, чем фиксированная. К примеру, современные видеокарты для ПК содержат большое количество унифицированных шейдеров (больше тысячи) и значительно меньше фиксированных (меньше сотни). Быстродействие же в играх зависит в первую очередь от того, на какую архитектуру ориентировался разработчик, то есть от оптимизации.
А еще от смартфона к смартфону может отличаться частота оперативной памяти, часть которой, как известно, одалживает интегрированная графика. Именно ОЗУ с низкой пропускной способность может стать узким горлышком графической подсистемы, что выльется в низкие оценки бенчмарка.
Похорошела ли графика в играх?
Если сравнивать мобильные игры пятилетний давности и современные, то разница в качестве картинки будет, как говорится, на лицо. Но если учитывать многократный прирост производительности ARM-процессоров и интегрированных в них графических ускорителей, то картинка явно похорошела недостаточно сильно.
Несколько лет назад дать толчок развитию графики в мобильных играх, якобы, пыталась компания NVIDIA. Так, зомби-шутер Dead Trigger на смартфонах и планшетах с чипом Tegra 3 работал с расширенными опциями графики: лучами света, тенями, металлическим блеском и дымкой. Правда, очень скоро выяснилось, что для всего этого мощная графика GeForce ULP вовсе не требуется, а достаточно с помощью root-прав отредактировать конфигурационный файл игры.
Среда разработки Unity
Впрочем, винить во всех бедах производителей ARM-чипов и, тем более, компании Google и Apple не стоит. Прогресс качества картинки тормозят в первую очередь разработчики игр. Продавая свои творения по доллару-два, они не готовы инвестировать сотни тысяч в разработку собственного графического движка. Луч надежды загорелся лишь с появлением кроссплатформенного движка Unity. Хочется верить, что уже в этом году появятся игры с по-настоящему красивой и реалистичной картинкой.
Подписывайтесь на наш нескучный канал в Telegram, чтобы ничего не пропустить.
Как выбрать смартфон или планшет? Часть 10 – Графический ускоритель
Последнее обновление: 27/08/2020
В предыдущем выпуске мы рассмотрели процессор. Выяснили место и значение в мобильной платформе. В этой части погорим о графическом ускорителе (GPU, видеоускоритель или видеопроцессор).
Как и процессор, GPU входит в мобильную платформу в виде отдельного блока, чаще в составе двух и более ядер. Данный компонент обрабатывает графику в играх, отрисовывает интерфейс ОС и т.д. Далее подробно рассмотрим составные части видеоускорителя, а так же параметры, которые стоит учитывать при выборе смартфона или планшета.
Разновидность видеопроцессоров. Основные достоинства и недостатки
Условно GPU делятся на два типа: сторонней или собственной разработки.
Сторонний вариант представляет собой готовые графические блоки, выполненные другими компаниями. Это упрощает процесс сборки, сокращает время на разработку и тестирование. А не высокая стоимость лицензирования GPU, способствует сокращению расходов. С другой стороны снижается эксклюзивность, так как конкуренты используют те же наработки. Ограниченное влияние на мощность и возможности ускорителя, поскольку при проектировании графических блоков, мнение сторонних компаний не учитывается.
Разработка собственных графических ускорителей, занимает больше времени и ресурсов. Как результат увеличивается стоимость готовой продукции. При этом сохраняется эксклюзивность, упрощается внедрение новых технологий и функций. Так же это позволяет задавать вектор развития для текущих и будущих видеопроцессоров.
Выделяют четыре типа графических ускорителей: Imagination PowerVR, Arm Mali, Qualcomm Adreno и Intel Hd Graphics.
PowerVR специализируется на производстве GPU для других компаний: MediaTek, Allwinner или Intel. Ускорители обладают хорошей производительностью и работают на частотах до 700 МГц, что благоприятно сказывается на автономности. При этом низкая распространенность, вынуждает разработчиков игр учитывать GPU PowerVR в последнюю очередь.
Видеопроцессор Mali так же разрабатывается для сторонних компаний. Главные покупатели: Samsung, Huawei, MediaTek и Xiaomi. Благодаря этому по распространенности Mali занимает первое место, что стимулирует разработчиков лучше оптимизировать софт. Не высокая мощность компенсируется повышенными до 900-920 МГц частотами. Из-за этого падает автономность и растет тепловыделение.
Ускорители Adreno используется только в SoC Snapdragon, и демонстрируют лучшие показатели производительности среди конкурентов. Работают на частоте 450-650 МГц, что способствует низкому тепловыделению и потреблению энергии. По распространенности уступают только Mali, но разработчики охотно оптимизируют софт и игры под Adreno. Кроме того у GPU имеется запас мощности, что позволяет компенсировать нехватку оптимизации.
Hd Graphics применяется только в чипах Intel. Мощность сопоставима с PowerVR при одинаковых частотах. Распространенность и оптимизация низкая, из-за чего SoC не используют больше в смартфонах, а только в планшетах.
Мощность графических ускорителей
Производительность GPU измеряется в GFlops – количество выполняемых операций с плавающей запятой в секунду. Чем цифра выше, тем лучше.
В таблице ниже, выборка некоторых актуальных SoC:
Android Шаг за Шагом: Видеоускорители и все что с ними связано
Многие из вас качали кэш к играм, или смотрели характеристики какого-либо устройства. Каждый видел, что были какие-то непонятные слова вроде Tegra, Adreno, Mali, PowerVR. Давайте узнаем, что же это такое.
Содержание
Все выше перечисленное — видеоускорители. Видеоускоритель — это одна из главный частей в SoC (System on the Chip), сокращенно GPU. GPU, или Graphic Processing Unit — это такой чип, интегрированный в CPU, и он отвечает за 2D и 3D графику. И их производительность измеряется в Flops. CPU, или Central Processing Unit, одним словом процессор.
Рассмотрим виды самых популярных GPU. Их 4 вида:
Также есть менее популярные GPU, но рассмотрим их в следующий раз.
Tegra (GeForce ULP)
Само вообще появление такого SoC как Tegra началось в 2007 года, из-за приобретения компанией NVIDIA компанию PortalPlayer. В то время процессор не пользовался популярностью, так как мощь была не конкурентоспособной, и сама Tegra использовалась в плеерах, смартфонах под Windows Mobile и Windows CE.
Все изменилось после ставки NVIDIA на новую операционную систему от Google — Android. Так в 2010 появился двухъядерный Tegra 2 для планшетов, а в 2011 для смартфонов. Потом появился Tegra 3 и дальше Tegra 4, 4i, К1 и Х1.
Сама эволюция в плане графических возможностей началась с Tegra 2. В GPU процессора от NVIDIA было 8 графических ядер, полная поддержка Direct3D Mobile и OpenGL ES 2.0 и производительность в 6.7 GFLOPS при 400 мГц.
А в GPU Tegra 3 уже 12 графических ядер, 12.4 GFLOPS при частоте 520 мГц.
Уже в 2012 были в играх эксклюзивы для Tegra, к примеру, улучшенная графика, спецэффекты и прорисовка, а также, оптимизация. Довольно мало людей жаловались на нехватку производительности.
Я уже молчу о Tegra 4 и 4i c 72/60 графическими ядрами с поддержкой OpenGL ES 3.0 и 96.8 GFLOPS с 72 ядрами при частоте 672 мГц, и 74.8 GFLOPS с 60 ядрами при 660 мГц.
Речь не идет о К1 с 192 графическими ядрами, поддержкой Direct X 12, OpenGL ES 3.1 и производительностью в 360 GFLOPS при частоте 850 мГц.
Не будем говорить о Х1 с производительностью в 1 TFLOPS, с 256 графическими ядрами при частоте 1 Ггц. Сразу можно сказать, что мобильный рынок развивается.
Но куда такая мощь без должной оптимизации? Именно сейчас NVIDIA занимается этим.
Она запускает разные экслюзивы, такие как Portal и Half-Life 2 и так далее. Эти все приложения находятся в специальном маркете для Tegra — Tegrazone.
В общем, если вы любите играть, то брать Tegra.
Adreno от Qualcomm (Snapdragon SoC)
Полноценное появление Adreno появилось после запуска линейки SoC Snapdragon компанией Qualcomm в 2009 году.
Первым мобильным устройством на Snapdragon был Toshiba TG01 с Adreno 130, а далее HTC HD2.
P.S Мощь чипсетов можно сравнить с игровыми приставками.
После развития Android и Windows Phone, само развитие Snapdragon пошло резко вверх. За 6 лет уже произведено 5 поколений SoC Snapdragon. S1, S2, S3, S4 и 200/400/600/800.
За эти пять поколений было запущено множество видов процессоров, что можно запутаться. Для этого можно посмотреть таблицу ниже, где я собрал популярные на данный момент виды GPU и их процессоры.
А вот список производительности Adreno в GFLOPS (Чем больше, тем лучше):
Чипсеты Snapdragon используются во многих устройствах, особенно в флагманах. Об оптимизации в играх можно и не волноваться из-за популярности GPU, а последние версии поддерживают OpenGL ES 3.1 и Direct X 11.
Mali от ARM
Mali — это GPU от ARM. Делится на 4 поколений: Utgard, Midgard 1/2/3.
Первый GPU был Mali-55 с поддержкой OpenGL ES 1.1 и с одним графическим ядром, который признан самым маленьким графическим чипом, появился впервые в LG Renoir, где Mali-55 используется только для оптимизации работы интерфейса.
Второй опыт в создании GPU был Mali-200. Тогда он уже поддерживал OpenGL ES 2.0 с 1 графическим ядром при частоте 275 мГц.
Третий опыт был на Mali-300. Он мог воспроизводить графику уровня PlayStation Portable, частота GPU была 395 мГц.
Четвертый опыт в создании GPU был революционным — Mali-400 — продолжение Mali-300, но с поддержкой многоядерности до 4 графических ядер, в следствии чего производительность увеличивается до 4-ех раз. Частота в 395-533 мГц, производительность в 2.5 до 19 GFLOPS. Популярен среди смартфонов и планшетов 2013.
Также есть Mali-450. Это тот же самый 400, но производительность увеличена в два раза. Может иметь до 8 графических ядер, частоту от 375 до 700 мГц и производительность в 30-60 GFLOPS.
Mali-Т760 — самый мощный GPU среди Mali, с поддержкой до 16 графических ядер, частота 685 мГц и 376 GFLOPS! Поддерживает OpenGL ES 3.1, OpenCL1.2, OpenVG 1.1 и Direct X 11.1.
Самые популярные GPU Mali вы можете рассмотреть в данной таблице:
Более 35-40% устройств работают с Mali. Поэтому можете не ждать таковых фризов и лагов в играх.
Обычно Mali можно встретить в чипсетах Exynos, MediaTek, AllWinner, Rockchip.
Power VR от Imagination Technologies
GPU созданная от Imagination Technologies, еще в далеких 90-ых. Была даже в то время на равне с AMD и NVIDIA, но из-за быстрых развитий других компаний, отстала от них. После чего они перешли на мобильную и бытовую технику.
Пропустим все прелюдии и начнем сразу с GPU:
Видов GPU так много, что я просто покажу вам список по производительности GFLOPS (Чем больше, тем мощнее):
Сами графические чипы можно встретить в процессорах от Apple, MTK, AllWinner, Intel, Samsung.
Мы рассмотрели 4 вида популярных графических видеоускорителей от 4 разных производителей. У каждого свои минусы, у каждого свои плюсы. Также вы узнали что такое GPU, CPU, и по немногу историю каждого видеоускорителя.
Надеюсь, вам чем-то поможет данная статья, и удачи в ваших приключениях!
P.S Спасибо моему другу Timblaer за оформленные таблицы и спасибо за идею про видеоускорители пользователю Artyoms.
Какие из новых видеоускорителей на Андроид самые лучшие?
Когда вы выбираете смартфон или планшет на Андроид и ориентируетесь на их мощность, такая составляющая как графический процессор обязательно имеет значение. Прежде всего, это связано с тем, что от него зависит — насколько хорошо устройство справляется с отображением графики, воспроизводит видео и игры.
Как бы ни было, даже если вы не являетесь геймером, но хотите чтобы на экране была красочная картинка и графика отображалась плавно, стоит обратить пристальное внимание на видеоускоритель.
А мы рассмотрим, что он представляет собой и узнаем, какой видеоускоритель является лучим на Андроид по итогам тестов этого года.
Видеоускоритель очень сильно влияет на производительность в играх
Что такое видеоускоритель?
Он используется на мобильных устройствах для обеспечения графики, цветов и текстур, облегчает работу основному процессору, в то время как тот занимается механикой игры или другими операциями.
Уточним, что если на персональных компьютерах и ноутбуках эти две составляющие чаще всего представляют собой отдельные детали, то в случае с мобильными устройствами они устанавливаются вместе. Поэтому при выборе гаджета стоит ориентироваться на связку основного и графического процессора, взвешивая возможности каждого из них.
Какие есть видеоускорители?
Их производством занимаются многие бренды, но самыми известными и востребованными, а также проверенными, являются Qualcomm и MediaTek, постоянно конкурирующие между собой. Какие ещё производители выпускают такие детали? Помимо них, разработкой комплектующих для графики занимаются Intel и Nvidia, но их модели не пользуются очень высоким спросом именно в мобильных устройствах из-за дороговизны и не такой хорошей приспособленности к другим составляющим смартфонов или планшетов. Поэтому они пока не попадают в высшие позиции рейтингов по чипам для Андроид.
Продукция от Qualcomm обладает отличным качеством, а линейка Snapdragon поставляется в топовые гаджеты. Бренд MediaTek тоже не уступает конкуренту, но берёт не только качеством, а и доступной ценой, поставляя свои видеоускорители в большинство недорогих моделей, в том числе, Lenovo.
А теперь можно перейти к рассмотрению непосредственно рейтинга самых мощных графических адаптеров, которые были выпущены и поставлялись в планшеты или смартфоны в прошлом и текущем году.
Лучшие видеоускорители
На основе тестов бенчмарка AnTuTu, тройка лучших ускорителей на Андроид сейчас выглядит так:
Дальнейший рейтинг мобильных видеоускорителей для Андроид выглядит таким образом:
Кстати, последние два представителя рейтинга процессоров не слишком отстают от чипа Kirin 950, и это притом, что они считаются оптимальными решениями для средних, а не топовых устройств.
Теперь вы знаете, какой или какие видеоускорители являются самыми мощными на устройствах Андроид. Подводя итоги, можно уверенно сказать, что лидирующие позиции в сфере графических процессоров занимает компания Qualcomm, поэтому именно на её продукты стоит смело ориентироваться при выборе смартфона или планшета.
