移动GPU大战 光追技术成香饽饽？

　　作者：刘旷

　　智能手机市场的“下行”，给整个智能手机产业链都带来了巨大的“冲击”，围绕上游芯片的“内卷”也愈演愈烈。从高通到联发科，再到英伟达、AMD、ARM，几乎全球头部的芯片巨头，都无一例外地参与到了手机GPU的对决之中。

　　前脚三星携手AMD、高通发力自研GPU，后脚正在冲击高端市场的联发科，表示将与英伟达进行合作，预计最快将在2024年联发科的旗舰芯片上搭载英伟达GPU，强化联发科芯片的AI和游戏性能，苹果等智能终端厂商也不甘示弱纷纷跟进，呈现出一派“争先恐后”的架势。

　　英伟达与联发科的梦幻联动

　　理想情况下，联发科可以借由英伟达在GPU上的理解和技术实力，一举拉近与骁龙旗舰芯片、苹果A系列在GPU方面的差距，甚至是超越，进而使联发科也抢到更多的高端手机芯片市场份额。当然，这是双方的远期愿景，实际执行层面则还存在着诸多的不确定性。

　　从目的上来看，英伟达入局GPU市场，是看中了Arm架构给高性能芯片市场带来的全新可能以及智能手机GPU市场的巨大潜力。

　　伴随着移动终端的飞速发展，ARM架构开始越来越广泛地被应用到相关市场。据分析机构New Street Research估计，在价值250亿美元的智能手机芯片市场，ARM约占99%的份额，这种情况下各路芯片厂商自然放不下这个蛋糕。而联发科作为世界上最大的基于Arm的SoC供应商之一，其技术应用与生态客户都符合英伟达的需求，因此两者合作自然不在话下。另外，智能手机作为全球最大的游戏平台的巨大利益，完全可以弥补PC市场萎缩留下的巨大缺口。

　　此前，英伟达公布了2022年第四季度及全年业绩报告，游戏和数据中心依然是英伟达最核心的两大业务。全年来看，数据中心(含 AI)业务营收达到了150.1亿美元，同比增长41%;游戏业务营收90.7亿美元，同比下滑27%。面对下滑的游戏业务，英伟达迫切需要找到一个新的增长引擎，而手游市场无疑正是这样的一个领域。

　　从效果上来看，有AMD与三星联手效果不及预期在前，联发科与英伟达的合作会不会“步其后尘”很难说。

　　去年年初，三星发布的旗舰芯片Exynos 2200，其中就搭载了基于AMD RDNA2架构开发的GPU，首发支持移动光追和可变速率着色等高级图形处理功能。但从后面 Exynos 2200 的表现来看，三星和AMD的首次携手显然谈不上成功，能效远低于外界预期。在今年最新一代旗舰手机S23系列上，三星甚至在全球范围内转向高通骁龙平台，Exynos平台则转而服务三星自家的中端或入门级产品。

　　当然，双方并没有因为第一次合作产品不达预期就暂停合作，而是继续在相关方向努力。这也意味着即便是“强强联合”，英伟达与联发科之间的“梦幻联动”同样存在不确定性，并不可能一蹴而就。

　　高通、苹果两强并立

　　相比其他手机芯片厂商，苹果和高通长期以来处于手机GPU的领先地位，而这种领先地位则主要得益于其自研GPU架构带来的好处。

　　首先，原创式的GPU可与骁龙芯片的其他硬件之间形成更好的设计整合和功能联动，从而带来更高的AI性能和更为出色的能效比。

　　比如高通从2018年的骁龙845，开始就推出了异构计算的人工智能引擎AI Engine，通过CPU、GPU和DSP三方协同的方式实现顶尖的AI处理功能。通过自研架构，GPU的三方协同更加默契，骁龙AI算力因此得到了很好的挖掘，一直遥遥领先于行业，甚至达到了超乎想象的每秒26万亿次的AI计算能力。

　　其次，高通在GPU上面的高度原创能力，还赋予了高通推出一大批自有游戏优化技术的主动性。比如，高通推出的骁龙Elite Gaming，就是专门针对游戏玩家推出的一整套软硬件功能，其能够给玩家带来全方位的游戏体验提升。从高通骁龙865旗舰芯片开始，其采用的骁龙Elite Gaming特性就包含了Adreno GPU驱动更新。这让手游也可以像桌面游戏一样，可以由玩家自行掌控图形驱动更新和GPU设置，享受最新的游戏特性体验。

　　但Adreno GPU也不是凭空而生的，高通Adreno技术其实来源于ATI Imageon系列低功耗 GPU。2006年，AMD收购了处在低谷的ATI公司，但由于内部资金不宽裕，两年之后又转手卖掉，而接手的正是高通，这也是高通该项技术的核心来源。随着高通对该项技术的不断发展，高通骁龙 Adreno GPU应运而生，这也使得高通成为了Android生态中唯一一家能够独立自行研发移动GPU架构而无需购买Arm公版授权的厂商。

　　对于一心想要掌握核心技术的苹果而言，其对自研GPU更是情有独钟。苹果A系列处理器，从A7的28nm开始之后，高通就被苹果狠狠甩在身后，至今已经有9年了。而A系列处理器的每一次更新，都意味着苹果CPU和GPU性能的又一次跃升，几乎没有例外，差别只在于提升多少的问题。拿A14与A15来说，A14单核比前代提升18.3%，双核比前代提升18.1%;A15单核、双核较前代提升9.8%、23%。

　　值得注意的是，近年来高通加强了对GPU的关注度，其GPU性能提升也十分明显，目前已经具备了以苹果A系列一较高下的能力。尤其是骁龙8这一代，GPU性能提升幅度更是达到了惊人的50-60%，这在智能手机芯片的发展历史上都是极为罕见的，高通今年推出的骁龙8Gen2更是在GPU方面，一举超越A16，成为移动端SOC最强GPU。

　　不过，苹果A16表现不及预期事出有因，主要是其不敢冒功耗上升、发热增加的风险，预计在下一代的自研芯片中，这部分问题将得到更好的解决，这也意味着高通与苹果之间的“竞争”仍没有落下帷幕。

　　光追技术成下一焦点

　　值得一提的是，苹果A16表现不及预期的原因正在于，其在引入移动光追技术的同时，却在芯片设计上犯下错误，因此不得不挪用上一代GPU架构。其实，不只是苹果，包括高通、联发科、三星和AMD等芯片厂商，都对时下“大热”的光追技术青睐有加，纷纷力推相关技术的落地。

　　一方面，过去围绕高帧率展开的“竞争”，对手机厂商本身的帮助越来越有限了。帧率主要指的是电脑图像处理能力的速度，通常用“每秒传输帧数”来衡量，单位为“FPS”，通常人眼对于连续图像的刷新率大约为24帧/秒。通常情况下，帧率越高显示画面越流畅，用户体验越好。比如，显示器的帧数一般是60帧，即每秒显示60张图片，如今主流的游戏显示帧数也是60帧，达到这个数量才能够保证流畅的游戏体验。

　　如果帧数低于60帧，则会出现卡顿、游戏体验会变差的情况，所以帧数越高越好。正是基于这一想法，包括一加、OPPO、vivo、小米等主流手机厂商，都在提升帧率方面“调集”了重兵。比如，2019年一加的oneplus 7系列推出基于90Hz刷新率的屏幕硬件，曾一度引领高帧率手游的风向，但如今手机刷新率120Hz已经成了标配，包括vo荣米华等在内的国产手机厂商，都已经有了120Hz刷新率的手机了。

　　但在高帧率的“背面”，是高帧率对处理器性能要求的提高。如果普通性能的手机，在长期高帧率模式下容易发烧、发热，从而出现自动卡顿和掉帧的情况;另外，高帧率会加速手机耗电速度，导致手机续航时间大大缩短，严重影响手机使用体验。在此背景下，用户将不得不基于“高帧率”需求进行“换机”，通过更新设备使用更新、更高性能的处理器来提升体验，这在智能手机增量时代被厂商们用的“炉火纯青”，但在存量时代换机周期大大延长的背景下，再难起到更大的作用了。

　　另一方面，移动光追技术有利于改善游戏的画质，从另一个层面改善游戏体验。近年来在“高帧率竞争”之下，提升帧率几乎成了众多厂商唯一的标准，但帧率的提升不可能一蹴而就，而且一些厂商为了追求帧率提升而牺牲分辨率的行为，并没有给游戏用户带来真正的极致体验。

　　于是，厂商在高帧率之外开始回归画质寻求解决方案，作为近几年发展最快的技术，光追技术日益受到了人们的重视。其好处体现在：一是相比传统光栅化渲染技术，它的处理方式更简单;二是它在视觉效果方面会带来明显的优化(出现了超分辨率)，它能够使开发者在游戏画质与性能之间寻找最优解。

　　而在移动光追技术方面，尽管联发科、高通、苹果等都已经有所涉足，但联发科似乎已经走到了业界前面。从此前发布的天玑9200来看，联发科的移动光追技术已经是其对外宣传的重要卖点了，也成为了其进军高端移动手机市场的重磅技术。事实上，随着移动光追技术的逐步成熟，移动光追技术的应用正在变得越来越广泛。

　　大规模应用尚需时日

　　从目前来看，光追技术的引入对硬件GPU本身的性能提出了更高的要求，具体涉及到功耗与算力的平衡问题。相比已经使用成熟的PC端，移动端的光追技术应用仍处于相对早期阶段，大规模应用尚需时日。

　　从技术应用和厂商应用层面来看，移动光追技术的落地和普及正在加速，但技术本身的市场状况却仍有待检验。据全球知名的光追技术厂商Imagination此前透露，其已经于2021年推出了基于GPU硬件加速的IMG CXT，其可以直接面向手游端，在性能、功能和可配置性上做全新的升级和更新，从而给玩家带来可扩展的高级光追技术。除了Imagination之外，联发科、高通也都推出了自己的芯片级光追解决方案，可以说技术层面移动光追技术正在加速应用。

　　行业看似十分热闹，但应用是不是真的达到了应有的标准就说不准了。据目前三星副总裁在MWC大会上透露的消息来看，目前的光追技术仍处于技术厂商与应用厂商合作开发调试阶段，“到今天为止尚没有真正带有追光技术的移动端游戏。”说到底，移动光追技术的应用天时未到。那么，移动光追技术在使用时究竟遇到了什么问题呢?

　　一是光追技术的应用大幅提升了硬件设备的门槛，客观上“劝退”了一部分游戏受众。光追技术的“酷炫”，需要以大幅度提升硬件算力性能为基础来实现，算力性能提升又会增加处理器的成本，这自然会“转嫁”到设备端，无形之中将一部分手游用户“卡”在了外面。另外，光追技术的高清晰度，在某种程度上增加了“玩家打游戏”的难度，毕竟低帧率下某些画面反而更容易被手机玩家识别捕捉;而且对光追技术感兴趣的多是高端玩家，其应用本身就超出了手游的范畴，毕竟手机的小屏很难真正满足高端玩家极致体验的游戏需求。

　　二是从发展阶段来看，现阶段手游领域游戏性还是第一位的，远没有到“卷画质”的阶段。目前来看，手游开发者只需要做好从0到1的工作，买家基本上会买账，而一旦引入光追技术之后，其开发成本必然上升，而受众却又因此受限，极容易出现低DAU、ARPU等低付费模型，导致其难以形成规模化的生意。

　　从这两个点来看，移动光追技术的产业化落地，还需要相当的时间验证，至少商业化层面需要重新架构。不过，从用户体验提升的角度来说，移动光追技术的落地前景仍然是光明的、值得期待的。