重新定义手机游戏规则，首款光线追踪 GPU——IMG CXT

照片中提到了IMG CXT GPU、RAYS、YOUR，跟想象技术有关，包含了电脑墙纸、图形处理单元、电脑

2021 年 11 月初，Imagination 宣布了 GPU 历史上的一个重要里程碑：即「IMG CXT」，首款可支持光线追踪的 GPU IP 并已开放授权。

众所周知，自 3D 图形开始以来，使用光线追踪进行实时渲染一直是目标。这是因为透过模仿光线在现实世界中的行为，光线追踪可以创造出比传统光栅化更准确、更逼真的 3D 视觉效果。

彻底改变游戏视觉效果

透过光线追踪，游戏不仅变得更加真实，精确的照明可以创建更自然的阴影和反射，有助于将角色和物体融入3D场景。它可以使所有内容看起来更漂亮，并且不那么地「游戏化」，使游戏更接近我们习惯在电影中看到的图像质量。

在游戏之外，光线追踪有望改变家居设计和建筑等领域的3D可视化。想象一下，在样品间设计你完美的厨房。现在，不再需要等待逼真的 3D 渲染，这一切都可以实时处理，甚至可以在手机或平板电脑上完成。除了 3D 图形，光线追踪甚至可以用于音频，通过测量声音在房间周围的反弹方式，以及考虑材料吸收音量的质量来增强真实感。

不单单是游戏玩家喜欢更逼真的视觉效果，对于开发人员来说，光线追踪提供了更简单、更高效的工作流程，进而节省了他们的时间。作为一种更纯粹、更优雅的照明方法，光线追踪的概念早于光栅化，但由于其计算复杂性，直到近几年才在大型、复杂和强大的桌机及最新硬件上使用。不过，这些显卡板的实际功率范围远远超出低功耗，更遑论最佳化移动设备了，因此这些芯片制造商声称光线追踪尚未准备好应用在手机上，也就不足为奇。

约2015年左右，业界甚至认为3D图形根本无法在移动设备上完成。但是，移动设备一直是 Imagination 擅长的领域。基于分块的延迟渲染（TBDR）方法开启了智能手机革命，即使在寿命和热性能限制非常严格的设备中，也能实现强大的 3D 图形。 TBDR 完全消除了实时模式渲染器的低效过度绘制问题：耗费大量时间为像素着色，而这些像素隐藏在靠近相机的物体后面，而用户在屏幕上永远不会看到这些像素。 IMG CXT 则代表了 PowerVR TBDR 架构的演进巅峰，同时引入了移动图形发展的下一阶段：光线追踪。

行动光线追踪的到来

经过十年的创新开发工作，Imagination 推出了 IMG CXT，这是其首款将光线追踪加速硬件紧密集成到芯片中的 GPU 核心。但在讨论其光线追踪功能之前，重要的是要意识到 CXT 是相比于传统光栅化的超快 GPU。它建立在 Imagination A 系列和B 系列GPU 的基础上，这些 GPU 采用了超宽 ALU，最佳化的纹理处理单元，可配置的快取大小和改进的压缩算法，与前几代相比，在功耗、性能、面积和带宽（PPAB）效率方面展现重大提升。

B 系列GPU实现诸多优化和改进，例如基于多核和小芯片，其灵活可扩展性特点可实现从嵌入式到台式级别的解决方案，还通过进一步的微架构调整和物理设计优化提高了计算效率。因此，B系列仍然是市场上用于光栅化的顶级GPU。

CXT则代表了Imagination的顶级设计，通过进一步的微架构调整，它提供了比上一代产品高出50%的几何图形和计算能力，同时引入了最新的图形渲染，即光线追踪。

▲CXT 的运算和纹理处理单元从上一代的 4 个增加到 6 个，以及一个额外的几何栅格单元。

由于光线追踪仍然是一项计算成本非常高的技术，IMG CXT 采用混合方法进行 3D 渲染。自 2018 年底以来，这已在全球台式个人电脑市场上推出，不过 Imagination 早在 2016 年就基于其”Wizard” 架构的 “Plato” 开发板上进行了首次运行展示。它于 2014 年第一次亮相，是第一个引入混合渲染概念的设计——将光线追踪功能与传统光栅化相结合。

▲光线追踪等级系统。

CXT 是这种设计的演变，并具有Photon 光线追踪架构，该架构提供了许多专用于加速光线追踪的硅模块，比桌机级架构可能有的方式更节能。由于并非所有光线追踪解决方案都是平等的，Imagination 建立了光线追踪级别系统。这确定了六个级别的光线追踪，从纯软件的 0 级到 5 级，并且由于 Photon 架构的光线加速集群，IMG CXT 位于 4 级。如果想深入了解 Photon 架构的更多信息， Imagination 另有一份详细的白皮书，解释了混合渲染的原理以及如何实现光线追踪加速。

总而言之，RAC提供的硬件加速了光线通过边界框层次结构，这是有效加速光线追踪所必需的。独一无二的是，它具有数据一致性丛集单元，该单元可识别反射光线中的一致性，并将它们打包在一起以充分利用内存带宽。但这种一致性丛集单元就是我们在移动功率预算中，以足够有效的性能提供光线追踪的方法。多亏了这一点，当谈到可用的移动效能时，IMG CXT 是市面上唯一的游戏玩家。

与Imagination之前的所有IP核心一样，CXT是汽车领域的绝佳解决方案，并且由于引入了光线追踪，情况更是如此。光线追踪将在渲染复杂的曲面（如汽车车身）时实现更高的效率，使其成为逼真光线追踪汽车渲染的理想选择，可在仪表板宽屏幕上完美呈现车辆。