VR!专!用!芯!片!不!是!梦!

原创 2016-07-18
标签 VR

  引言

  以往针对智能手机和平板SoC基础之上为VR做优化的方法已然不是长久之计,迫切需要新的IP助力提升体验。

  VR元年可谓遍地喧哗,各展神通的参与者在经历市场的“冲刷”之后,也渐从情感过渡到理智,为提升终极“体验”价值不断进行升级和再造。ARM多媒体处理器事业部图形处理器产品经理Anand Patel认为,VR市场是一个全产业链的新机会,无论是芯片厂商、硬件厂商、供应商、内容供应商等将有自己的机会,而从底层技术出发,以往针对智能手机和平板SoC基础之上为VR做优化的方法已然不是长久之计,迫切需要新的IP助力提升体验。

  从系统层面来构建

  体验的升级是VR普及落地的关键。“因为VR应用对性能的要求高企,需要大量的计算能力和图形性能,不能只单靠GPU、CPU核心的协助,还需要传感器、视频编解码器的支持,需要支持更高的分辨率。” Anand Patel指出,“因而应从系统层面来看待和利用不同IP核的特色,实现全系统运算方案,达到高体验目标。

   Anand  Patel 进一步提到,“一个好的VR体验,总延时控制在16毫秒,而下一代需求则在10毫秒以下,其中图形处理延时在4毫秒之内。图像刷新率要从目前的60 Hz达到120Hz、屏幕分辨率将从1080P达到4K量级。” 

“因而,在系统层面应注重一是GPU多核可扩展的设计,支持不同VR运算要求。二是扩展API接口,减少延时。三是提供全屏抗锯齿或全屏反走样功能,更好地提升体验。四是需要在视频IP中引入帧缓冲压缩(AFBC)的技术,可在节省50%的带宽、降低功耗的同时提升性能。”Anand Patel总结说。

  虽然ARM每年都会定期更新其芯片架构,但回归到VR元年,提升对VR的支持成为ARM新型移动芯片的架构设计理念。ARM新推出的CPU核Cortex-A73及GPU核Mali-G71两者均提升了对移动VR的支持力度,不仅基于相应架构设计制造的芯片有望用于2017年各大智能手机厂商推出的旗舰机型,同时也适用于移动VR设备,“双保险”意味着移动VR体验将并行再上新台阶。

  需要什么样的强IP?

  我们知道,GPU的能力以及配套的深度算法是决定VR体验的关键因素,它决定了是否能满足延时及屏幕刷新率这两大VR关键指标。

  ARM推出了全新一代的图像处理引擎Mali-G71,成为首个使用ARM第三代架构Bifrost的GPU。ARM处理器部门技术总监兼研究员Peter Greenhalgh称,Cortex-A73在微架构上做了很多的优化,在发射队列和平衡算法上做了高度提升。相比于此前最高端的Mali-T880系列,Mali-G71图形性能提高50%,功效提高20%,外部内存带宽可节省20%。同时配置灵活,最多可达32个,对于图形性能要求较高的VR设备可配置更多的核心数。


  而CPU亦在向支持更复杂的处理运算、更好的渲染、更低的功耗需求迈进。有这样一组对比的数字,新的CPU核Cortex-A73和前代Cortex-A72相比,功效提升30%,性能提升30%。此外,A73支持big-LITTLE架构,可与A53和A35组成大小核。与八核A53相比,A73双核 A53四核在多核性能上可以提升30%,单线程的性能可以提升90%。“可以说,A73的显著优势在于高效能、低功耗、小面积,这些优势使得A73非常适合应用于VR设备。” Peter Greenhalgh指出。


  视频处理器和显示处理器也是VR/AR流畅运行的核心保障。除CPU、GPU之外,ARM Mali多媒体IP组合还开发了新一代视频处理器和显示处理器。Mali-V550是全球第一款单芯片单核心即可同时支持H.265 HEVC格式视频编解码的,单核心可以最高支持1080p/60fps,如堆叠八个核心则可支持4K/120fps。其显示处理器“Mali-DP650”搭配ARM CoreLink MMU-500系统总线,支持多种显示屏分辨率,同时也能轻松支持3840×2160 4K分辨率和60fps帧率。Peter Greenhalgh宣称,Mali多媒体IP组合可支持自适应可伸缩纹理压缩(ASTC)以及帧缓冲压缩(AFBC),针对VR设备可大幅缩减近50%的系统带宽需求,并可跨多个核心进行完整的效能调整,提供高画质解析度以及节能效果。

  配套技术全面升级

  除了在IP核方面全面升级之外,ARM在配套技术层面也做了相应改进。如在API层面,为了提升移动VR的开发与体验,高端Mali系列都已经开始支持全新的Vulkan API。

  2月Vulkan API首个正式版本发布,成为一个跨平台、高效能、免费的开放API标准。ARM多媒体处理器事业部GPU架构师Sean Ellis表示,对于VR设备来说,“延迟”是一个非常影响体验的问题,Vulkan的优势在于可让软件开发者创造更快更低延迟的VR体验。VR引擎只需添加一个Vlukan后台,即可将计算核心和图形渲染进行统一管理,无需使用单独的计算API和图形API进行连接,大大提高Mali系列GPU利用率,并大幅减少开发和优化时间,为基于Mali系列的VR/AR产品带来更出色的体验。未来Vulkan将会替代桌面的OpenGL和移动平台的OpenGL ES。


  为便于VR产品开发者进一步挖掘Mali的性能,ARM还推出了Mali VR SDK,无需任何额外的引擎与中间件支持,即可帮助开发者更快的创建VR应用,同时进一步提为用户带来更高的性能和视觉体验。


   在这里还不得不提ARM针对VR内容开发的一项技术——Enligten动态全局光照技术。据介绍,Enlighten技术是先对整个画面关系做一个预计算,归纳几何图形,建立数据库,根据实时直接光源创造如复合反射效果、折射、阴影等先进特效,实现更逼真的光影效果。不仅可保证实时光线的渲染,同时降低CPU的运算负载,实现运算成本和高品质的平衡。今年5月ARM还宣布已将Enligten技术授权给澳洲公司 Yugen,用来制作VR版的样板房。Enligten也将成为VR领域的一项重要技术。

  专门的VR芯片将成可能

  VR的征程一直在路上,各方集结发力,只为让VR体验更佳、产业链更完整、内容更强大、应用更广泛,因而亦产生一些新的变革态势值得关注。

  从IP层面考量,随着未来VR市场壮大,专门的VR芯片开发也将成为可能,甚至会出现独立的GPU,Google的Project Tango就有设计专门负责3D处理的芯片。

  此外,优化不能只是芯片厂商的事情,VR硬件厂商也要着力拼优化。尤其是业界看好的移动VR,需要为适配手机做了系统的深度定制,充分优化和适配的算法是可以在现有硬件条件下做出效果提升的。就像已经高度标准化的智能手机一样,真正的差异在于硬件厂商自己能做的事情。

  业内人士表示, VR特别需要的渲染速度,靠硬件性能死扛的话会非常难。还有功耗,它跟软件优化关系也很大,未来靠制程工艺降低功耗会越来越难,因而VR硬件厂商的力道还是要使在做好优化上。虽然IC厂商也在着力解决算法层的适配问题,但拥有算法能力的公司仍将保持优势。

  VR硬件开发注重的是实现光学技术、沉浸式方案、结构设计、SDK、开发者工具的整合方案,而不是简单的适配和组装就上市的事。既然我们已处于VR/AR的科技前沿,每一个新出现的问题都需要花时间思考,看是否有解决它的新颖方法,而不是回到上一代应用程序并且重新构建,正所谓“不破不立”。

  

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李映

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