歷史學(xué)家克羅齊有言“一切歷史都是當(dāng)代史”。朱光潛先生注釋說 “沒有一個(gè)過去史真正是歷史，如果它不引起現(xiàn)實(shí)的思索，打動(dòng)現(xiàn)實(shí)的興趣，和現(xiàn)實(shí)的心靈生活打成一片”，深以為然，是為題記。

上周末發(fā)了篇灌水貼GPU演義（History of the Modern Graphics Processor），本是為了完成每周更新任務(wù)，不想承蒙一些大佬捧場(chǎng)，幫轉(zhuǎn)后，閱讀量和新增關(guān)注都是節(jié)節(jié)高。誠惶誠恐，水平高低不論，唯有盡力提供自認(rèn)為靠譜的內(nèi)容，希望能夠?qū)Τ鯇W(xué)者理解GPU有所幫助。

筆者學(xué)校畢業(yè)后第一份工作服務(wù)于S3 Graphics。上個(gè)世紀(jì)90年代初，還是2D圖形時(shí)代，S3曾經(jīng)稱霸整個(gè)顯示卡市場(chǎng)。進(jìn)入3D時(shí)代，強(qiáng)敵環(huán)伺，不敵ATI， 3Dfx， Nvidia等，漸趨下風(fēng)。于2000年被威盛收購，仍不見起色，終至一蹶不振，回天乏力。文中關(guān)于S3最后命運(yùn)是這么描述的 “An added issue for S3 was that the cost of building the cards resulted in razor thin profits. The company needed high volume sales in a market dominated by two vendors. HTC were to acquire S3 in July 2012 for $300 million， a move originally seen as leverage in HTC’s and S3’s separate legal disputes with Apple”。這項(xiàng)交易的背景是HTC作為Android手機(jī)第一陣營，風(fēng)頭正勁，蘋果為打擊Android對(duì)手，對(duì)HTC發(fā)起專利訴訟。同時(shí)美國國際貿(mào)易委員會(huì)（International Trade Commission， ITC）也初步判定蘋果侵犯了S3的專利權(quán)，HTC希望籍由并購S3獲得與蘋果談判的籌碼，而該交易中的焦點(diǎn)S3TC紋理壓縮專利還是上個(gè)世紀(jì)S3 Savage產(chǎn)品時(shí)代開發(fā)的。一個(gè)曾經(jīng)輝煌的公司努力掙扎后獲得如此下場(chǎng)，不免讓人一聲嘆息。

Imagination是我頗有好感的一個(gè)GPU設(shè)計(jì)公司。以前服務(wù)的公司曾取得過PowerVR SGX IP的授權(quán)，所以對(duì)其產(chǎn)品相對(duì)熟悉，個(gè)人覺得其TBDR（關(guān)于GPU繪制技術(shù)TBDR，TBR和IMR簡單說明見文后注釋）的設(shè)計(jì)渾然天成，整體無間，令人心生優(yōu)美之感。Imagination的前身是Videologic， 從1992年開始圖形方面的研究，也就是PowerVR項(xiàng)目，并于90年代中期研制出TBDR技術(shù)。

在日本市場(chǎng)，與NEC合作開發(fā)，大量供貨世嘉的Dreamcast游戲機(jī)和Naomi街機(jī)系統(tǒng)。另外也與ST Micro攜手進(jìn)軍PC圖形市場(chǎng)。隨著市場(chǎng)環(huán)境發(fā)生變化，Imagination也進(jìn)行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，放棄PC市場(chǎng)而專攻移動(dòng)設(shè)備，聚焦IP授權(quán)。隨著智能手機(jī)和平板電腦的興起，Imagination的GPU IP授權(quán)業(yè)務(wù)獲得長足發(fā)展。根據(jù)2012年JPR公布的移動(dòng)GPU市場(chǎng)份額來看，Imagination遙遙領(lǐng)先。光鮮之下，危機(jī)也在逼近。首先高通

憑借驍龍Soc在移動(dòng)處理器上的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，垂直整合，其Adreno GPU的份額一直居高不下。而ARM Mali也不是善茬，”ARM can offer both CPU and GPU designs to 3rd party licensees， this means ARM can offer the CPU and GPU designs together in a bundle， but perhaps more importantly it means they have the capability design the two in concert with each other.“。利用CPU和GPU的捆綁銷售策略，更重要的是技術(shù)上協(xié)同設(shè)計(jì)，Mali在GPU IP市場(chǎng)不斷摧城拔寨，侵占Imagination的生存領(lǐng)地。而同時(shí)Imagination又太過依靠蘋果的出貨量，也限制了與Android手機(jī)芯片客戶的進(jìn)一步合作，這些大客戶紛紛開始轉(zhuǎn)用Mali GPU。

到2014年，Imagination的市場(chǎng)直線下滑，已經(jīng)被ARM反超。另外Imagination欣欣向榮之際，收購了MIPS公司，試圖進(jìn)入ARM主導(dǎo)的移動(dòng)CPU市場(chǎng)，現(xiàn)在回頭看不能不說是個(gè)敗筆，MIPS已經(jīng)被邊緣化，在移動(dòng)市場(chǎng)幾乎沒有份額。2017年4月，Imagination 迎來最慘痛時(shí)刻，蘋果通知Imagination蘋果產(chǎn)品未來15至24個(gè)月后將不再使用該公司的技術(shù)，隨后，Imagination股價(jià)瞬間暴跌了近 69%，當(dāng)天跌幅更是高達(dá)75%。要知道蘋果是Imagination的最大客戶，其支付給Imagination的許可證費(fèi)用和專利費(fèi)為其總收入總額的一半，而之前一年Imagination已出現(xiàn)歷史上最大的虧損，需要裁員來削減成本，真可謂雪上加霜。目前Imagination已經(jīng)被中國資本收購，但在中美貿(mào)易戰(zhàn)的背景下，整合之路好像困難重重，不知道還有沒有機(jī)會(huì)重拾舊山河。

另外一個(gè)有趣的話題是AMD和移動(dòng)GPU的故事。ATI在2006年收購了BitBoys，并宣布在歐洲成立設(shè)計(jì)中心。跟Imagination類似，BitBoys是一家提供移動(dòng)GPU IP的公司，其之前的產(chǎn)品Glaze3D也采用TBR繪制技術(shù)。但接著ATI被AMD收購以后，這個(gè)被重命名為Imageon的移動(dòng)設(shè)計(jì)部門，在2009年竟匪夷所思被6500萬美元賣給高通。

依托驍龍Soc，Adreno（與Radeon字母順序調(diào)整下，表示同源？） GPU不斷錘煉，終于練成史上最強(qiáng)大的移動(dòng)GPU，也成為了驍龍Soc核心技術(shù)和制勝法寶。在《History of the Modern Graphics Processor》中作者以BitBoys‘ exit and AMD’s blunder為題描述這段過程，并以“in a major lack of management foresight”來形容當(dāng)時(shí)AMD管理層的短視。但最近幾年，兩大PC GPU巨頭Nvidia和AMD也貌似開始重新?lián)肀BR繪制技術(shù)，見如下有關(guān)Nvidia和AMD的報(bào)道。

這么看來，2019年三星獲得AMD的GPU授權(quán)用于手機(jī)和平板移動(dòng)市場(chǎng)就一點(diǎn)不奇怪了。兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，AMD再次殺入移動(dòng)GPU領(lǐng)域，一旦成功，移動(dòng)GPU的江湖保不定會(huì)再次掀起血雨腥風(fēng)。

IMR，TBR和TBDR技術(shù)比較

TBR（Tile Based Rendering），把屏幕區(qū)域網(wǎng)格化，稱為tile，一般是16x16或32x32像素大小，繪制的時(shí)候先收集一幀所有繪制命令的幾何信息，頂點(diǎn)變換后，計(jì)算與每個(gè)tile的交集。然后再按tile，依次進(jìn)行渲染。由于tile比較小，中間的的渲染過程包括深度測(cè)試都可以在片上內(nèi)存發(fā)生，只有tile中最終可見像素才會(huì)輸出到系統(tǒng)內(nèi)存，極大的地減少與系統(tǒng)內(nèi)存的交互，對(duì)性能，功耗水平都有提升。

TBDR（Tile Based Defferred Rendering），TBR并沒有解決overdraw的問題，被遮擋的像素也會(huì)進(jìn)入渲染過程，浪費(fèi)GPU算力。所以TBDR更進(jìn)一步，渲染之前引入HSR（Hidden Surface Removal，隱藏面消除）步驟，保證渲染過程只渲染可見像素，被遮擋像素會(huì)被提前剔除掉。

IMR（Immediate Mode Rendering）， 簡單，粗暴，直接，來什么，畫什么。優(yōu)點(diǎn)是可預(yù)測(cè)強(qiáng)，debug和profiling都比較容易。缺點(diǎn)是會(huì)有大量的內(nèi)存帶寬負(fù)載，同時(shí)與TBR類似，IMR沒有完全解決overdraw的問題，會(huì)浪費(fèi)一部分GPU算力，這些都會(huì)引起功耗水平增加。所以一般是對(duì)功耗，發(fā)熱都不敏感的PC GPU會(huì)采用IMR技術(shù)。

原文標(biāo)題：GPU歷史之二三事

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