NVIDIA顯卡爆發式飛躍揭秘：悄然上平鋪式 - 3C

※ 引述《KotoriCute (Lovelive!)》之銘言：
: http://news.mydrivers.com/1/493/493738.htm

我去查了原文 , 他是說Maxwell採用的是Tile-Based Immediate Rendering


不過既然講到Tile Based Rendering,
就可以順便提一下歷史上的PowerVR

PowerVR 1 = Matrox M3D
PowerVR 2 -> Sega Dreamcast,Naomi
PowerVR 3 = Kyro (PC獨立顯卡)

然後就從NEC手中被英國公司Imagination收購,
這家公司又剛好在ARM對面.最後PowerVR和ARM
也聯手也分別打下Mobile市場

PowerVR雖然是最早以Tile Based Rendering命名技術的
不過他的做法因為後來又出現其他種Tile Based Rendering,
所以比較精確指稱的話,他可以稱為Tile Based Deffered Rendering
相對的後來其他家不太一樣,也叫自己為Tile Based Rendering的做法就有差

所以本文後面除非回到歷史名詞,不然會以TBDR代稱PowerVR的技術
TBIR代稱其他家的TBR.

那TBDR最重要的是Deferred Rendering,意思是說,畫面上通常會有很多個物件
沒有畫以前會有重疊的可能,傳統做法是一個相關的物件一起畫,但可能A畫好,
B又把他蓋掉,等於浪費掉了(overdraw)

所以能早點知道B在A前面,就直接先畫B,再畫A沒被蓋到的部分,
這樣最節省頻寬.PowerVR會切成小Tile再排序A和B誰在前面,
確保一定先畫前面

http://img.tomshardware.com/us/2001/04/25/a_speedy_tiler/tbr_texturing.gif

NV30和Radeon 200以後的GPU,基本上也有作TBR的情況,只是不以
Deferred Rendering的方式,而是EarlyZ/HyperZ,提早在pipeline前端
切掉超過範圍的東西.......算了 早點進入主題

現代GPU普遍的使用Tile Based Rendering,但他可能是基於其他理由.
根據實驗,Intel 的Haswell GPU的繪圖順序如此圖

http://i.imgur.com/y5gJL63.png

這個是把Pixel繪圖的順序,變成B+G+R的顏色.
也就是Pixel 1就是(0,0,1),Pixel 255就是(0,0,255),
Pixel 65535就是(0,255,255)

可以看出 他繪圖的順序是8x8個pixel為一個小單元,然後小單元之間
像是貪食蛇這樣連接,而不是單純以X,Y軸為順序


這樣是做甚麼?

我們把情況簡化,假設螢幕總解析度是4x4
如果最傳統的圖學,資料順序是

1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12
13 14 15 16

當我們照這個順序的時候,有很多機會 你要去查鄰近的Pixel是甚麼顏色
7如果查旁邊6/8兩個 還算連續,3/11就跟你不連續了
如果你是1080P的畫面 已經在幾百kB外的資料了

但記憶體傳遞可以是連續的,一次很多,那如果能傳進來的時候,
同時把你四周的點都準備好 那可能會比較省時間

從2x2來看

1 2
3 4 好像隨便排都很近

把這想法先擴大一倍看看

1 2 5 6
3 4 7 8
9 10 13 14
11 12 15 16

至少我保證只要一次傳4個pixel,有一半的機會你的鄰居也好了
如果不這樣做就是

1 2 3 4 當你要查6的時候,要等下次
5 6 7 8
9 10 11 12
13 14 15 16


類似的實行法不只上面那個,我舉的這種叫做Z-ORDER CURVE
wiki上有圖示會比較清楚
https://en.wikipedia.org/wiki/Z-order_curve
還有比較複雜的比如Hilbert Curve
https://en.wikipedia.org/wiki/Hilbert_curve




那麼 綜合而言,TBIR(如果不考慮捨棄overdraw的三角面)
是打算達成甚麼效果呢?

1.先將要畫圖的畫面,切成N*N的pixel的方塊 一次進入顯示卡的
Pipeline或者同一單位的Shader群繪製

為什麼?因為縮減了範圍,Data Locality相對提高
針對貼圖的Cache命中率就會高很多

2.不同Tile的順序是以Z-order Curve或者Hilbert Curve等順序完成

這可以得到兩個效果

A.由記憶體連續送進來的東西比較有機會是你會用到的
反之也可以說是 你和你的鄰居可以被打包成一次傳送
B.你要重新查詢隔壁的東西 他很有機會還在Cache中沒被擠出去
不用再讀取一次

3.(順便的) 貼圖的儲存順序也會照同一個方式儲存

如果說要用這種方式儲存
那記憶體位置跟X,Y軸的對應關係就變得很複雜了

所以所有相關的電路都會因此多花費電晶體但省掉記憶體頻寬
事實上GPU的進步中這是很常見的事情 用更多的電晶體
換更少的記憶體頻寬消耗量,記憶體頻寬才是有限資源.


如果要說有無採用TBIR,我認為目前的AMD/nVidia/Intel/ARM GPU都是
並不是nVidia專屬,當然這個東西也不影響畫出來的效果,不屬於任何
投機的範圍

(ARM有一個專利 因為TBR有Tile,可以數出已經畫了畫面上的百分之多少,
如果已經超額完成任務 可以把GPU的記憶體存取暫停讓給CPU使用.
另外Samsung和nVidia也有申請TBR的相關專利....)

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補充:PowerVR敗退自PC原因是因為自身的TBDR,雖然省了記憶體頻寬
但需要較多的記憶體量 成本優勢有限 加上TBDR會在透明色/多重貼圖/
Vertex Shader的情況有較多劣勢....

但成為Mobile GPU無可跨越的霸主也可算是在TBDR.
因為Mobile GPU實在是無法浪費多少電給你在記憶體頻寬上

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