移动GPU大战,光追技术成香饽饽?

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智能手机市场的“下行”,给整个智能手机产业链都带来了巨大的“冲击”。

图片来源@视觉中国

文|刘旷

智能手机市场的“下行”,给整个智能手机产业链都带来了巨大的“冲击”,围绕上游芯片的“内卷”也愈演愈烈。从高通到联发科,再到英伟达、AMD、ARM,几乎全球头部的芯片巨头,都无一例外地参与到了手机GPU的对决之中。

前脚三星携手AMD、高通发力自研GPU,后脚正在冲击高端市场的联发科,表示将与英伟达进行合作,预计最快将在2024年联发科的旗舰芯片上搭载英伟达GPU,强化联发科芯片的AI和游戏性能,苹果等智能终端厂商也不甘示弱纷纷跟进,呈现出一派“争先恐后”的架势。

英伟达与联发科的梦幻联动

理想情况下,联发科可以借由英伟达在GPU上的理解和技术实力,一举拉近与骁龙旗舰芯片、苹果A系列在GPU方面的差距,甚至是超越,进而使联发科也抢到更多的高端手机芯片市场份额。当然,这是双方的远期愿景,实际执行层面则还存在着诸多的不确定性。

从目的上来看,英伟达入局GPU市场,是看中了Arm架构给高性能芯片市场带来的全新可能以及智能手机GPU市场的巨大潜力。

伴随着移动终端的飞速发展,ARM架构开始越来越广泛地被应用到相关市场。据分析机构New Street Research估计,在价值250亿美元的智能手机芯片市场,ARM约占99%的份额,这种情况下各路芯片厂商自然放不下这个蛋糕。而联发科作为世界上最大的基于Arm的SoC供应商之一,其技术应用与生态客户都符合英伟达的需求,因此两者合作自然不在话下。另外,智能手机作为全球最大的游戏平台的巨大利益,完全可以弥补PC市场萎缩留下的巨大缺口。

此前,英伟达公布了2022年第四季度及全年业绩报告,游戏和数据中心依然是英伟达最核心的两大业务。全年来看,数据中心(含 AI)业务营收达到了150.1亿美元,同比增长41%;游戏业务营收90.7亿美元,同比下滑27%。面对下滑的游戏业务,英伟达迫切需要找到一个新的增长引擎,而手游市场无疑正是这样的一个领域。

从效果上来看,有AMD与三星联手效果不及预期在前,联发科与英伟达的合作会不会“步其后尘”很难说。

去年年初,三星发布的旗舰芯片Exynos 2200,其中就搭载了基于AMD RDNA2架构开发的GPU,首发支持移动光追和可变速率着色等高级图形处理功能。但从后面 Exynos 2200 的表现来看,三星和AMD的首次携手显然谈不上成功,能效远低于外界预期。在今年最新一代旗舰手机S23系列上,三星甚至在全球范围内转向高通骁龙平台,Exynos平台则转而服务三星自家的中端或入门级产品。

当然,双方并没有因为第一次合作产品不达预期就暂停合作,而是继续在相关方向努力。这也意味着即便是“强强联合”,英伟达与联发科之间的“梦幻联动”同样存在不确定性,并不可能一蹴而就。

高通、苹果两强并立

相比其他手机芯片厂商,苹果和高通长期以来处于手机GPU的领先地位,而这种领先地位则主要得益于其自研GPU架构带来的好处。

首先,原创式的GPU可与骁龙芯片的其他硬件之间形成更好的设计整合和功能联动,从而带来更高的AI性能和更为出色的能效比。

比如高通从2018年的骁龙845,开始就推出了异构计算的人工智能引擎AI Engine,通过CPU、GPU和DSP三方协同的方式实现顶尖的AI处理功能。通过自研架构,GPU的三方协同更加默契,骁龙AI算力因此得到了很好的挖掘,一直遥遥领先于行业,甚至达到了超乎想象的每秒26万亿次的AI计算能力。

其次,高通在GPU上面的高度原创能力,还赋予了高通推出一大批自有游戏优化技术的主动性。比如,高通推出的骁龙Elite Gaming,就是专门针对游戏玩家推出的一整套软硬件功能,其能够给玩家带来全方位的游戏体验提升。从高通骁龙865旗舰芯片开始,其采用的骁龙Elite Gaming特性就包含了Adreno GPU驱动更新。这让手游也可以像桌面游戏一样,可以由玩家自行掌控图形驱动更新和GPU设置,享受最新的游戏特性体验。

但Adreno GPU也不是凭空而生的,高通Adreno技术其实来源于ATI Imageon系列低功耗 GPU。2006年,AMD收购了处在低谷的ATI公司,但由于内部资金不宽裕,两年之后又转手卖掉,而接手的正是高通,这也是高通该项技术的核心来源。随着高通对该项技术的不断发展,高通骁龙 Adreno GPU应运而生,这也使得高通成为了Android生态中唯一一家能够独立自行研发移动GPU架构而无需购买Arm公版授权的厂商。

对于一心想要掌握核心技术的苹果而言,其对自研GPU更是情有独钟。苹果A系列处理器,从A7的28nm开始之后,高通就被苹果狠狠甩在身后,至今已经有9年了。而A系列处理器的每一次更新,都意味着苹果CPU和GPU性能的又一次跃升,几乎没有例外,差别只在于提升多少的问题。拿A14与A15来说,A14单核比前代提升18.3%,双核比前代提升18.1%;A15单核、双核较前代提升9.8%、23%。

值得注意的是,近年来高通加强了对GPU的关注度,其GPU性能提升也十分明显,目前已经具备了以苹果A系列一较高下的能力。尤其是骁龙8这一代,GPU性能提升幅度更是达到了惊人的50-60%,这在智能手机芯片的发展历史上都是极为罕见的,高通今年推出的骁龙8Gen2更是在GPU方面,一举超越A16,成为移动端SOC最强GPU。

不过,苹果A16表现不及预期事出有因,主要是其不敢冒功耗上升、发热增加的风险,预计在下一代的自研芯片中,这部分问题将得到更好的解决,这也意味着高通与苹果之间的“竞争”仍没有落下帷幕。

光追技术成下一焦点

值得一提的是,苹果A16表现不及预期的原因正在于,其在引入移动光追技术的同时,却在芯片设计上犯下错误,因此不得不挪用上一代GPU架构。其实,不只是苹果,包括高通、联发科、三星和AMD等芯片厂商,都对时下“大热”的光追技术青睐有加,纷纷力推相关技术的落地。

一方面,过去围绕高帧率展开的“竞争”,对手机厂商本身的帮助越来越有限了。帧率主要指的是电脑图像处理能力的速度,通常用“每秒传输帧数”来衡量,单位为“FPS”,通常人眼对于连续图像的刷新率大约为24帧/秒。通常情况下,帧率越高显示画面越流畅,用户体验越好。比如,显示器的帧数一般是60帧,即每秒显示60张图片,如今主流的游戏显示帧数也是60帧,达到这个数量才能够保证流畅的游戏体验。

如果帧数低于60帧,则会出现卡顿、游戏体验会变差的情况,所以帧数越高越好。正是基于这一想法,包括一加、OPPO、vivo、小米等主流手机厂商,都在提升帧率方面“调集”了重兵。比如,2019年一加的oneplus 7系列推出基于90Hz刷新率的屏幕硬件,曾一度引领高帧率手游的风向,但如今手机刷新率120Hz已经成了标配,包括vo荣米华等在内的国产手机厂商,都已经有了120Hz刷新率的手机了。

但在高帧率的“背面”,是高帧率对处理器性能要求的提高。如果普通性能的手机,在长期高帧率模式下容易发烧、发热,从而出现自动卡顿和掉帧的情况;另外,高帧率会加速手机耗电速度,导致手机续航时间大大缩短,严重影响手机使用体验。在此背景下,用户将不得不基于“高帧率”需求进行“换机”,通过更新设备使用更新、更高性能的处理器来提升体验,这在智能手机增量时代被厂商们用的“炉火纯青”,但在存量时代换机周期大大延长的背景下,再难起到更大的作用了。

另一方面,移动光追技术有利于改善游戏的画质,从另一个层面改善游戏体验。近年来在“高帧率竞争”之下,提升帧率几乎成了众多厂商唯一的标准,但帧率的提升不可能一蹴而就,而且一些厂商为了追求帧率提升而牺牲分辨率的行为,并没有给游戏用户带来真正的极致体验。

于是,厂商在高帧率之外开始回归画质寻求解决方案,作为近几年发展最快的技术,光追技术日益受到了人们的重视。其好处体现在:一是相比传统光栅化渲染技术,它的处理方式更简单;二是它在视觉效果方面会带来明显的优化(出现了超分辨率),它能够使开发者在游戏画质与性能之间寻找最优解。

而在移动光追技术方面,尽管联发科、高通、苹果等都已经有所涉足,但联发科似乎已经走到了业界前面。从此前发布的天玑9200来看,联发科的移动光追技术已经是其对外宣传的重要卖点了,也成为了其进军高端移动手机市场的重磅技术。事实上,随着移动光追技术的逐步成熟,移动光追技术的应用正在变得越来越广泛。

大规模应用尚需时日

从目前来看,光追技术的引入对硬件GPU本身的性能提出了更高的要求,具体涉及到功耗与算力的平衡问题。相比已经使用成熟的PC端,移动端的光追技术应用仍处于相对早期阶段,大规模应用尚需时日。

从技术应用和厂商应用层面来看,移动光追技术的落地和普及正在加速,但技术本身的市场状况却仍有待检验。据全球知名的光追技术厂商Imagination此前透露,其已经于2021年推出了基于GPU硬件加速的IMG CXT,其可以直接面向手游端,在性能、功能和可配置性上做全新的升级和更新,从而给玩家带来可扩展的高级光追技术。除了Imagination之外,联发科、高通也都推出了自己的芯片级光追解决方案,可以说技术层面移动光追技术正在加速应用。

行业看似十分热闹,但应用是不是真的达到了应有的标准就说不准了。据目前三星副总裁在MWC大会上透露的消息来看,目前的光追技术仍处于技术厂商与应用厂商合作开发调试阶段,“到今天为止尚没有真正带有追光技术的移动端游戏。”说到底,移动光追技术的应用天时未到。那么,移动光追技术在使用时究竟遇到了什么问题呢?

一是光追技术的应用大幅提升了硬件设备的门槛,客观上“劝退”了一部分游戏受众。光追技术的“酷炫”,需要以大幅度提升硬件算力性能为基础来实现,算力性能提升又会增加处理器的成本,这自然会“转嫁”到设备端,无形之中将一部分手游用户“卡”在了外面。另外,光追技术的高清晰度,在某种程度上增加了“玩家打游戏”的难度,毕竟低帧率下某些画面反而更容易被手机玩家识别捕捉;而且对光追技术感兴趣的多是高端玩家,其应用本身就超出了手游的范畴,毕竟手机的小屏很难真正满足高端玩家极致体验的游戏需求。

二是从发展阶段来看,现阶段手游领域游戏性还是第一位的,远没有到“卷画质”的阶段。目前来看,手游开发者只需要做好从0到1的工作,买家基本上会买账,而一旦引入光追技术之后,其开发成本必然上升,而受众却又因此受限,极容易出现低DAU、ARPU等低付费模型,导致其难以形成规模化的生意。

从这两个点来看,移动光追技术的产业化落地,还需要相当的时间验证,至少商业化层面需要重新架构。不过,从用户体验提升的角度来说,移动光追技术的落地前景仍然是光明的、值得期待的。

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