Настоящее игровое железо или что нужно знать про GPU смартфона

Что такое GPU и какая роль отведена графическому процессору в смартфоне. А заодно ответим на вопрос — каким должен быть игровой девайс

Основная функция графического процессора — это рендеринг 3D графики, визуальных эффектов и отображения всего этого на экране смартфона. GPU получает на входе полигоны (многоугольники, минимальные поверхности для визуализации) и после проведения над ними необходимых математических и логических операций выдает на выходе координаты пикселей. Графический процессор оперирует огромным количеством независимых между собой задач, для этого у него есть много исполнительных блоков. В современных десктопных GPU их может быть несколько тысяч. Основной упор в такой системе ставится на количество и скорость выполнения параллельных вычислений.

Можно выделить несколько основных характеристик графического процессора в той или иной мере влияющих на производительность. Давайте рассмотрим их подробнее.

Тип архитектуры. Для начала рассмотрим понятие шейдера – это программа, предназначенная для выполнения графическим процессором. Они бывают трех типов:

• вершинные (vertex shader) – обрабатывают данные вершин многогранников (координаты, цвет и т.д.);
• геометрические (англ. geometry shader) – оперируют масивом данных, которые полученны от вершинных шейдеров;
• пиксельные или фрагментные (англ. pixel shader) – работают с фрагментами изображения и текстурами, оперируют данными пикселя (координаты, цвет и т.д.).

Существуют архитектуры, где за каждый такой тип отвечает отдельные шейдерные ядра. Сейчас же в основном используются унифицированные процессоры, где одновременно обрабатываются вершинные, геометрические и пиксельные шейдеры. Количество таких ядер может варьироваться. Также особенностями архитектур современных графических процессоров является организация системы управления ядрами, кэш памяти, взаимодействия с другими модулями SoC.

Норма техпроцесса. Тут все аналогично CPU. Чем меньше эта величина (измеряется в нанометрах), тем более графический процессор будет производительнее, энергоэффективнее.

Тактовая частота ядра GPU. Грубо говоря – это количество задач, выполняемых за единицу времени. Соответственно, чем выше частота, на которой работает графическое ядро, тем лучше его производительность. Аналогично центральному процессору измеряется частота в герцах.

Все вышеописанные параметры влияют на такие общепринятые числовые характеристики, как:

• количество обработки треугольников в секунду, измеряется обычно в миллионах — Мега (MTriangles/s);
• количество обработки пикселей в секунду, измеряется обычно в миллионах — Мега (MPixel/s);
• количество обработки операций с плавающей точкой в секунду, измеряется обычно в миллиардах — Гига (GFLOPS).

Разобравшись с параметрами GPU, давайте коротко вспомним об основных игроках на этом рынке.

Adreno – графический чип Qualcomm, используется в их SoC Snapdragon. Изначально этот GPU разрабатывался фирмой ATI Imageon. Видя перспективу смартфонов на операционной системе Android, компания Qualcomm в 2009 году выкупила подразделение ATI, переименовав Imageon в Adreno. Популярные графические чипы данной марки: Adreno 203, 205, 305 - бюджетные решения, Adreno 320, 330, 420 – флагманские.

NVIDIA GeForce ULP – детище мирового лидера по производству графических систем в первую очередь для стационарных компьютеров и ноутбуков. Рынок же устройств на ОС Android Nvidia начала завоёвывать с SoC Tegra 2. Ориентируясь в основном на оптимизацию для игр, компания своими последующими решениями (Tegra 3, Tegra 4) застолбила за собой немалую часть рынка. А графический процессор SoC Tegra K1 и вовсе произвел фурор.

PowerVR – это GPU с наибольшей долей рынка мобильных устройств. Разработка фирмы Imagination Technologie. Эта компания начинала с графических решений для стационарных ПК и игровых консолей, но не выдержав конкуренции с ATI и Nvidia перешла в область мобильных устройств, где серьёзно преуспела. Кроме смартфонов и планшетов на ОС Android, PowerVR является основным поставщиком графических чипов для Apple. Наиболее знаковые продукты: PowerVR SGX 531, SGX 544MP, SGX 545, SGX 543MP2, GX6200, GX6650.

Mali – разработка основоположника процессорной архитектуры для большинства мобильных устройств компании ARM Limited. Первые шаги в производстве GPU были предприняты ее норвежским подразделением ARM Norway. Первым полноценным GPU стала модель Mali-200, которую заменила Mali-300 с уровнем графики как в Sony PSP. Далее была очень популярная многоядерная Mali-400, T604 и флагманские Mali-T760, 820, 860. Графический процессор Mali в своих SoC широко используют MediaTek, Rockchip, Samsung.

Далее я хотел бы привести некую сводную таблицу с ключевыми параметрами популярных графических чипов. К сожалению, я не смог найти и проверить абсолютно все данные. Смотрите, изучайте, делайте выводы.

Я не привожу результаты многих синтетических тестов, так как практически во всех бенчмарках производительность графики вычисляется только в целом всей SoC и как показывает практика они не всегда объективны. Разве что покажу топ10 устройств c максимально производительной графикой от 3DMark.

Уровень графики в играх для современных смартфонов довольно высок. Запросто может сравниться с решениями для стационарных ПК. Параллельно растут требования к производительности графических процессоров. В ответ разработчики улучшают архитектуру, увеличивают количество ядер, повышают тактовую частоту. Но опять же, мы должны понимать, что на производительность графического процессора в приложениях влияют все компоненты SoC, причем не менее важна программная оптимизация. Только при совпадении всех факторов можно рассчитывать на выдающийся результат. Не забывайте об этом при выборе смартфона для игр!