對于光線追蹤（ray tracing）這一概念，電腦游戲玩家肯定是不陌生的。光線追蹤給游戲畫面展示帶來了更為細膩的光照表現(xiàn)和寫實的光影效果，在電視節(jié)目和電影制作中也有廣泛應用。

從定義上看，光線追蹤是一個在二維（2D）屏幕上呈現(xiàn)三維（3D）圖像的方法。這樣的定義可能比較抽象，實際上光線追蹤就是為了計算出光線發(fā)出后經(jīng)過一系列衰減（吸收、反射和折射）再進入人眼時的現(xiàn)實情況，并將其復現(xiàn)在屏幕上，讓人從屏幕上有一種身臨其境的感覺。

在一種逼真寫實的環(huán)境玩游戲，想來就覺得很酷?，F(xiàn)在，移動端的游戲玩家可以不用羨慕電腦游戲玩家了。近日，Imagination Technologies 宣布推出旗艦款圖形處理器（GPU）知識產(chǎn)權（IP）產(chǎn)品IMG CXT，同時其PowerVR Photon光線追蹤架構也隨該IP首次亮相。通過增加Photon硬件光線追蹤功能，IMG CXT實現(xiàn)了GPU IP的又一次重大飛躍，能夠為游戲和其他圖形處理應用場景提供令人難以置信的性能。Photon 是業(yè)界最先進的光線追蹤架構，可以為移動和嵌入式應用帶來桌面級質(zhì)量的視覺效果，并已在多個市場中進行了授權。

移動端的光線追蹤是如何實現(xiàn)的？

實際上，光線追蹤概念的提出至今已經(jīng)有數(shù)十年，上世紀60年代便由一個叫數(shù)學應用組的組織中的科學家提出，然后從DirectX 10時代開始進入電腦游戲中。但是，在電腦游戲中實現(xiàn)光線追蹤需要大量的算力支撐。

從另一角度來看，高算力就會帶來更高的能耗，對于移動端這種能效要求嚴格的領域，光線追蹤真的合適嗎？

Imagination中國區(qū)戰(zhàn)略市場與生態(tài)副總時昕博士在發(fā)布會上表示，傳統(tǒng)光線追蹤的做法屬于RTLS 0級或1級，也可稱之為Level 0或者Level 1級，是基于現(xiàn)有硬件通過GPU軟件算法實現(xiàn)的光線追蹤，IMG CXT采用的Photon架構處于RTLS的4級（Level 4），是當前業(yè)內(nèi)可用的最先進的光線追蹤技術。

2020年9月22日，Imagination對外宣布了一套光線追蹤等級系統(tǒng)（Ray Tracing Levels System），旨在幫助開發(fā)人員和原始設備制造商（OEM）清晰了解現(xiàn)在和未來可用的光線追蹤加速解決方案的功能。

這個光線追蹤等級系統(tǒng)共包含6個等級，它們的功能和要求如下：

Level 0：傳統(tǒng)解決方案

Level 1：傳統(tǒng)GPU上的軟件

Level 2：硬件中的光線/方框和光線/三角形測試器

Level 3：硬件中的邊界體積層次結構（Bounding Volume Hierarchy，BVH）處理功能

Level 4：硬件中的BVH處理和一致性排序功能

Level 5：硬件中帶有場景層次生成器（Scene Hierarchy Generation，SHG）的一致性BVH處理功能

從該分級系統(tǒng)不難看出，從L2級開始，光線追蹤的性能提升開始依賴硬件架構和硬件性能的提升。

時昕博士指出，在Photon架構中，Imagination提供緊密集成在CXT中的光線加速集群（RAC）。IMG CXT-48-1536 RT3 內(nèi)核具有三個RAC，可提供總體高達1.3 GRay/s的性能。與 Imagination的上一代 GPU IP 相比，實現(xiàn)計算和紋理性能提高50%，幾何性能提高50%。

從時昕博士的解讀不難看出，L4級光線追蹤實現(xiàn)的關鍵一步是RAC。“RAC是一種新的低功耗專用硬件GPU組件，包含了光線存儲（Ray Store）、光線任務調(diào)度器（Ray Task Scheduler）和相干性聚集器（Coherency Gatherer），并與兩個統(tǒng)一著色器集群（USC）緊密耦合，USC擁有高速專用數(shù)據(jù)通路，可以實現(xiàn)最高效且功耗最低的光線追蹤部署。相比效率較低的光線追蹤架構，RAC可以加速和卸載更多來自著色器內(nèi)核的光線追蹤計算?！彼麑Υ酥v到。

介紹資料顯示，在算力表現(xiàn)上，Imagination全新旗艦款移動內(nèi)核能夠提供：

1.5 TFLOPS FP32

48 GTexel/s

1.3 GRay/s

48 GBoxTest/s

6.0 TOPS

另外，IMG CXT-48-1536 RT3 內(nèi)核完全支持Vulkan的光線追蹤技術，采用光線查詢和光線管線雙融合，進而提供更真實的陰影、反射和全局照明效果。

同時，Imagination還表示，得益于Imagination的多核技術，Photon架構可以擴展應用于云、數(shù)據(jù)中心和PC市場。這可以實現(xiàn)高達 9 TFLOPS的FP32光柵化性能和超過7.8 GRay/s的光線追蹤性能，同時能夠提供比當今的L2級或L3級光線追蹤解決方案高2.5倍的功耗效率。

會給移動端帶來怎樣的效果？

IMG CXT-48-1536 RT3 內(nèi)核的出現(xiàn)是首次在移動 IP上實現(xiàn)了桌面級質(zhì)量的光線追蹤視覺效果，那么其效果如何呢？

Imagination技術前瞻副總裁 Kristof Beets表示，目前 IMG CXT、PowerVR Photon 光線追蹤架構已經(jīng)授權給了數(shù)個合作伙伴，但在具體產(chǎn)品發(fā)布前無法透露。這一周期通常要 18~24 個月，如果客戶在今年獲取了這個IP授權，接著進行芯片設計和流片，這個客戶的最終產(chǎn)品最早會在2023年上市，消費者才可以體驗到相關的硬件光線追蹤解決方案。

雖然方案還沒有上市，我們還是通過現(xiàn)場演示看到了一個對比細節(jié)，

Imagination首席執(zhí)行官Simon Beresford-Wylie表示：“作為智能手機變革的關鍵推動力量，Imagination在將先進的3D圖形處理功能引入移動設備方面有著杰出的成績。我們在高效光線追蹤方面所實現(xiàn)的創(chuàng)新是我們發(fā)展過程中的又一次重要邁進，它為移動圖形處理行業(yè)創(chuàng)造了一種全新的能力。我們很高興能與自己的伙伴合作，實現(xiàn)將逼真的圖形內(nèi)容帶入您掌中設備的愿景?！?/p>

責任編輯：haq