GPU爆炸式发展的背后及未来挑战趋势

　　2006年，图形处理器(GPU)总出货量约为1.35亿。同年，ARM 完成对挪威Falanx公司的收购，并获得其移动GPU技术，完成对原有IP技术的扩展。10年后的今天，GPU已经广泛用于智能手机、DTV和平板电脑等多种设备，短短10年时间ARM Mali技术也已成为全球出货量第一的GPU，仅2015年总计出货量就超过7.5亿。

API与制程节点开发

　　对图形领域而言，2015年振奋人心全新应用程序接口(API)的出现允许开发商将基础图形硬件发挥至技术允许的最高水平。

　　同年，Khronos团队的工作引发有关Vulkan的热烈讨论。Vulkan是新一代OpenGL API，为新一代图形API设计量身打造，足以满足全部需求，并彻底终结了OpenGL ES和OpenGL作为API各自为政的时代。

　　Vulkan于2016年2月正式发布，是首款按照开发商需求设计的Khronos API。它由游戏引擎开发商、芯片提供商、IP公司和操作系统供应商共同开发，以期打造兼顾各相关方需求的最佳解决方案。Vulkan API应运而生，采用全新异构系统，不仅内置多线程支持，而且可以最大程度发挥硬件一致性的优势。Vulkan属于底层API，允许开发商自主决定硬件交互方式，并通过底层接入以找到最佳平衡点。

　　上述特性对虚拟现实(VR)等新兴应用尤为重要，帮助开放商减少延迟，优化图形流水线。

　　对聚焦GPU运算应用的开发商来说，OpenCL 2的发布是一个重要节点，多项全新理念进一步简化了高性能GPGPU(General Purpose GPU，即通用计算图形处理器)应用的开发流程。虚拟存储共享概念的提出可以说最为关键，允许CPU和GPU之间的虚拟地址共享。与硬件一致性结合后，细粒度缓冲器共享成为现实。该技术简化了实现CPU和GPU工作负载共享所需的开发工作，因为两者间的数据双向传输不再是必要条件。

　　半导体制造工艺也经历了巨大革新。2014年，台积电与三星推出20纳米工艺节点，标志着平面工艺节点的10年历史终于落幕;2015年，三星在Exynos 7420上使用全新14纳米FinFet技术，台积电紧随其后，推出16纳米FinFet工艺，并搭载于苹果A9芯片;2016年，工艺节点获得进一步完善，成本降低，产量增加;步入2017年，10纳米工艺节点也不再是梦想。

　　从GPU的角度看，工艺节点技术的进步对整个行业意义非凡。首先，工艺节点越先进，单位区域(或功耗)的晶体管密度就越大。GPU属于并行处理器，只要架构扩展，性能就会随之提升。然而，先进工艺节点对布线的扩展效果不如晶体管。恰恰相反，Ergo 工艺制程从28纳米优化至14纳米，SoC设计师得以实现更高的晶体管密度，但却不如布线的扩展。这意味着，如果设计10纳米GPU时采用与28纳米同样的方法，设计结果必然会打折扣，因为晶体管和布线各有权衡，不尽相同。设计师常常需要妥协，使IP适应某个节点，这种权衡随着先进工艺节点数量的增加变得愈加重要。

　　深入探讨高端移动GPU的性能如何继续提高之前，我们需要特别指出GPU性能从2011年到2016年提升了20倍这个有趣的事实。由于手机同时变得更加轻薄，因此该数字并不能代表技术进步的全景，但现代移动设备开发商对性能提升的渴求已经可见一斑。

　　移动设备开发商不断完善现有用例，开发颠覆性的新用例，以保持创新节奏，并从新一轮的性能升级中获益。

　丰富的案例开发，这些应用你体验过吗?

　　随着移动平台的发展，各类传感器层出不穷。凭借飞速提升的系统性能、不断改善的屏幕精度和日益增加的电池寿命，移动设备开发商已经坐拥创新的最佳平台。

　　增强现实(AR)可以充分挖掘并展现智能手机的强劲性能。AR的原理并不复杂，利用高级摄像头捕捉图像，经过CPU、GPU、ISP、VPU和DPU，最后显示在高清屏幕上。这个过程中，增强内容将覆盖实际影像。根据应用目标的不同，物体识别、方位补偿(使用电子罗盘和/或加速度计)或高级渲染技术都将各有用武之地。

　　一些人气移动应用让AR不再远在天边，并一举进军大众市场，比如将滤镜叠加在用户脸部，然后生成图片和视频用于分享的Snapchat;以及让用户在真实地点看到动画人物的Pokemon Go。无独有偶，还有一些应用采取了更高级的AR技术，比如将摄像头捕捉与3D物体相结合。这些创新用例层出不穷，并可以用于包括零售和高端游戏在内的各行各业。举个例子，用户可以使用移动设备查看家具是否与硬装搭配，家具巨头宜家就打算在2017年发布AR产品目录。

　　虚拟现实已经不算新理念了，但其核心技术却仍在经历巨变。硬件设备已经万事俱备，拥有足够强大的性能运行炫目的VR内容，一个适合创新的大规模开发商生态系统也已经形成。这一点在移动平台的体现格外深刻，因为人人都能用，且其移动性自身便是重要优势。与台式机和游戏机不同，移动设备无拘无束。当然，实现这一点需要在设备上安装各类传感器。实际上，VR领域的许多重大突破都是在移动设备上实现的——利用VR技术增强用户体验的云霄飞车就是高性能移动应用的一个典型案例。

　　尽管推陈出新的颠覆式应用不断刷新智能手机的使用方式，但我们经常会忘记一点现实，最普遍的移动应用情景依然是网页浏览和游戏。近几年，屏幕分辨率和刷新率都得到提升，用户界面(UI)的视觉效果和使用体验也越来越自然。这些优化对GPU提出了更高要求，成为成本导向型市场不小的挑战。