圖形處理單元 （GPU） 越來越多地包含在 SoC 中，驅(qū)動嵌入式系統(tǒng)和連接的消費(fèi)電子產(chǎn)品。GPU 可以被認(rèn)為是適合顯示渲染的額外處理器，并且用戶界面通常構(gòu)成整體產(chǎn)品質(zhì)量的主要指標(biāo)，因此最好盡可能地利用它是有意義的。消費(fèi)電子產(chǎn)品通常依賴 HTML 瀏覽器來提供構(gòu)建 UI 和其他應(yīng)用程序的表示層。在這里，我將看看一些瀏覽器如何使用 GPU，并將其與更集中的方法進(jìn)行對比。

每當(dāng)頁面的任何部分發(fā)生變化時，瀏覽器都需要重新繪制屏幕，同時最大限度地減少 CPU 的工作量。他們通過跟蹤屏幕上所有需要更新的區(qū)域來做到這一點(diǎn)，然后僅重新繪制這些區(qū)域以及與它們重疊的任何其他屏幕元素的部分。

大多數(shù)瀏覽器使用 CPU 將這些元素的表示繪制成像素圖。通常，要顯示的下一幀是通過獲取前一幀并覆蓋更改來創(chuàng)建的，如圖 1 所示。如果可用，GPU 用于將前一幀和部分像素圖數(shù)據(jù)組合到下一幀中，從而釋放 CPU其他任務(wù)。

為了提高性能，許多瀏覽器使用加速合成，這是一種將頁面中不交互的部分組合在單獨(dú)的層中并獨(dú)立操作這些部分的技術(shù)。這種技術(shù)本質(zhì)上是內(nèi)存和 CPU 使用之間的權(quán)衡。當(dāng)發(fā)生任何變化時，GPU 會將代表每一層的像素圖合成到幀緩沖區(qū)中，但 CPU 仍用于繪制這些像素圖的內(nèi)容。如圖 2 所示，圖層的組合始終覆蓋整個屏幕，因此無需訪問前一幀的副本。

使用 GPU

盡管 GPU 提供了相當(dāng)大的靈活性，但瀏覽器在接受其全部優(yōu)勢方面的速度相對較慢。瀏覽器設(shè)計的相互關(guān)聯(lián)性使得重新設(shè)計核心組件（例如渲染）以利用截然不同的硬件功能變得復(fù)雜。因此，大多數(shù)瀏覽器設(shè)計仍然將 GPU 視為增強(qiáng)的 blitter，并將其主要用于加速合成。

一段時間以來，瀏覽器提供商一直在尋求超越簡單的“GPU 作為一個 blitter”場景。使用 GPU 而不是 CPU 來處理繪畫被稱為 GPU 光柵化。一些瀏覽器包括使用擴(kuò)展圖形庫啟用 GPU 光柵化的選項(xiàng)，這些圖形庫將繪畫任務(wù)傳遞給 GPU。這些庫滿足廣泛的使用場景，因此提供靈活的通用 API。不幸的是，這些 API 的靈活性對于 HTML 所需的用例來說過于復(fù)雜，這會導(dǎo)致 GPU 的使用欠佳，從而導(dǎo)致渲染性能下降。

GPU 性能來自于能夠有效地執(zhí)行大量類似的批處理操作，為管道提供數(shù)據(jù)以確保它們得到最佳填充。這些擴(kuò)展圖形庫提供的靈活性通常會導(dǎo)致無法保持 GPU 的管道滿載，從而顯著降低其效率。

為了充分利用 GPU，它的管道必須保持滿載；僅關(guān)注 HTML 的要求并將其與 GPU 功能相匹配是關(guān)鍵。HTML 的特性非常適合 GPU 加速。元素本質(zhì)上是矩形的，自然網(wǎng)格對齊，并且很少使用抗鋸齒。由于 GPU 處理三角形，因此每個矩形 HTML 元素可以使用兩個。HTML 所需的圖形基元集也相對較小，這意味著特定于 HTML 的 GPU 加速圖形 API 是一個現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)。

GPU 光柵化過程與 CPU 完全異步發(fā)生。這意味著 CPU 可以在繪制任務(wù)完成之前開始處理腳本和布局等后續(xù)任務(wù)。GPU 光柵化也改變了優(yōu)化獎勵平衡。在 CPU 上，性能優(yōu)化是通過僅更新屏幕中已更改的那些區(qū)域來實(shí)現(xiàn)的。而在 GPU 上，最好跟隨游戲行業(yè)的領(lǐng)先地位，每幀更新整個屏幕。雖然重新繪制每一幀上的每個像素似乎違反直覺，但在大多數(shù)情況下，重新繪制整個屏幕的處理成本低于 CPU 管理部分更新所需的計算成本。

Ekioh在其新的多線程 HTML 瀏覽器中使用了上述技術(shù)并取得了成功。在圖形繁重的應(yīng)用程序中，發(fā)現(xiàn)集中使用 GPU 的速度是更通用的基于庫的方法的兩倍多。此外，由于 GPU 光柵化不需要用于加速合成的大量緩存像素圖，因此在某些情況下可以節(jié)省大量內(nèi)存（超過 45 MB）。隨著屏幕分辨率的提高，這些內(nèi)存節(jié)省將變得更加顯著。

因此，集中使用 GPU 是在不犧牲性能的情況下降低成本的關(guān)鍵。使用這種方法，下一代嵌入式芯片將能夠在大眾市場消費(fèi)電子產(chǎn)品上提供基于瀏覽器的 4K 應(yīng)用程序和 UI，而不會降低性能。

審核編輯：郭婷