Gráficos de rastreamento de raios para dispositivos móveis

Junto com suas CPUs de próxima geração, a Arm levantou a tampa de seus mais recentes núcleos gráficos que poderiam alimentar smartphones e outros gadgets em 2023 e além. Tecnicamente, haverá três opções de GPU nesta geração: o Mali-G715 Immortalis, o rastreamento sans ray Mali-G715 regular e uma configuração Mali-G615 de nível intermediário.

O destaque deste ano é a introdução do suporte ao rastreamento de raio de hardware. que se enquadra na nova marca Immortalis da Arm. A Arm também anuncia um ganho de desempenho de processo ISO de 15% para todas as suas GPUs mais recentes, juntamente com uma melhoria de aprendizado de máquina 2x e eficiência energética 15% melhor em relação ao Mali-G710 da geração anterior.

As GPUs mais recentes da Arm são a quarta geração de sua arquitetura gráfica Valhall, que substituiu o Bifrost pelo Mali-G77 de 2019. Em sua essência, Mali-G715 Immortalis, Mali-G715 e Mali-G615 compartilham o mesmo DNA gráfico. Há um mecanismo de execução renovado, ao qual chegaremos em breve, juntamente com suporte para sombreamento de taxa variável (VRS). O VRS pode aumentar o desempenho em até 40% ao desacoplar as frequências de rasterização e sombreamento. O sombreamento de taxa variável é suportado em alguns jogos para celular há algum tempo, e o Arm agora está alcançando a paridade de recursos com as GPUs Adreno da Qualcomm aqui.

Além do suporte para ray tracing, a única diferença real entre essas GPUs é a contagem de núcleos suportada e as configurações de memória. Portanto, espere ver o Immortalis em SoCs emblemáticos e o G715 e G615 em pontos de desempenho um pouco mais baixos. A tabela abaixo oferece uma visão geral de como as configurações se comparam.

Vamos voltar ao mecanismo de execução renovado, que a Arm chama de Execution Engine Evolution. Além de oferecer suporte ao sombreamento de taxa variável, há um bloco de adição e multiplicação fundido (FMA) ajustado. Agora há o dobro do número de unidades FMA em cada núcleo, juntamente com um bloco dedicado de acumulação múltipla (MMUL) dentro de cada FMA. Isso permitiu que a Arm dobrasse o poder máximo de computação, principalmente para cargas de trabalho de aprendizado de máquina, enquanto aumentava apenas o tamanho da área do núcleo em 27%. Ainda existem dois clusters de caminho de dados por mecanismo, portanto, quatro unidades FMA por núcleo.

O Arm fez outras melhorias no núcleo do shader mais amplo. Há 3x taxa de transferência de triângulo de pico no Tiler para jogos de alta geometria, 2x taxa de transferência do liquidificador FP16, novo hardware FP16 para anti-aliasing multi-sample e 2x velocidade do mapeador de textura para casos de nível de detalhe. Arm Fixed Rate Compression (AFRC) aparece pela primeira vez no nível premium, tendo sido incluído anteriormente em núcleos de baixo custo que normalmente são mais limitados por largura de banda de memória. Agora há também um hash L2 programável por software (resolução de 32K x 32K), oferecendo maior flexibilidade na escolha do algoritmo de hash para os desenvolvedores.

Tudo isso é um caso de otimização do núcleo gráfico para cargas de trabalho do mundo real, permitindo que a Arm obtenha ainda mais desempenho e eficiência de sua arquitetura Valhal, pelo menos no que diz respeito aos núcleos premium do Mali.

Rastreamento de raio de hardware para telefones principais

A tecnologia de rastreamento de raio tem, até agora, sido a joia da coroa no espaço gráfico de PC e console, mas pela primeira vez, agora temos suporte dedicado ao rastreamento de raio de hardware na GPU móvel da Arm também. Com suporte da API de rastreamento de raios Vulkan, o Immortalis Mali-G715 da Arm se junta ao Xclipse da AMD dentro do Exynos 2200 da Samsung como GPUs móveis com capacidade de rastreamento de raios. Dito isso, o suporte ao ray tracing pode tecnicamente ser adicionado ao G715 e G615 regulares também, se os parceiros da Arm quiserem, embora seja improvável que suas contagens de núcleos menores produzam uma boa experiência de ray tracing.

A unidade de rastreamento de raios (RTU) da Arm é um extra opcional construído diretamente no núcleo do sombreador, em vez de um acelerador externo, o que significa que o desempenho é dimensionado à medida que a contagem de núcleos aumenta. A pequena RTU ocupa menos de 4% do núcleo do sombreador, mas oferece desempenho de ray tracing 300% melhor, de acordo com os benchmarks da Arm, do que a execução sem aceleração de hardware. A RTU contém unidades de aceleração dedicadas para detecção de caixa delimitadora e triângulo, acelerando bastante o tempo necessário para realizar esses cálculos em relação à unidade FMA padrão.

Vale a pena notar que existem vários graus de suporte ao rastreamento de raios. A implementação do Arm não chega a acelerar o processamento Bounding Volume Hierarchical (BVH), tornando-se uma implementação de ray tracing computacionalmente mais cara em comparação com o suporte visto em consoles de jogos, mas com uma área e custo de energia menores. Como tal, não devemos esperar que a complexidade visual ou taxas de quadros se aproximem do espaço high-end, embora isso sempre tenha sido um pouco esperado, devido às restrições de potência, desempenho e área de gráficos de nível móvel versus desktop.

O Arm, como outras implementações, usa um método híbrido de rasterização e rastreamento de raios. Como tal, espere melhorias mais modestas para luz, sombra e reflexos que podem se beneficiar do uso de raios, em vez de uma grande revisão na fidelidade gráfica.

Mali-G715 Immortal take-aways

Mali-G715 Immortalis e ray tracing, que são voltados para os principais chips móveis de última geração, são claramente o grande ponto de discussão desta geração. No entanto, há muitas melhorias gerais indiscutivelmente mais importantes aqui também, como 15% melhor eficiência (sem incluir ganhos dos próximos nós de fabricação menores), suporte a sombreamento de taxa variável e uma variedade de ajustes para atender às cargas de trabalho do mundo real — uma benção para os jogos para celular de hoje, não apenas para os de última geração. No entanto, teremos que ver se isso é suficiente para pegar os líderes de mercado no departamento de taxa de quadros.

Por mais legal que seja o hardware de rastreamento de raios, ainda há a grande questão do ecossistema a ser respondida. Mesmo que Mediatek, Samsung, Google e outros SoCs usem hardware de rastreamento de raios em 2023, o ecossistema de software provavelmente está esperando que os jogadores de grande volume Apple e Qualcomm também façam uma mudança. Mesmo assim, ainda não está claro com que rapidez o ray tracing será aceito, já que os desenvolvedores de jogos desejam atingir a maior variedade possível de consumidores, em vez de apenas os telefones principais mais recentes.

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Ainda assim, pelo menos o filhote está fora do ovo, e o suporte de hardware possibilita jogos com suporte a rastreamento de raios. Arm espera ver os primeiros títulos de suporte aparecerem ao lado da chegada dos chipsets Immortalis, que deve ocorrer no início de 2023.