3.3 主流手機GPU大PK

GPU一詞是由英偉達（NVIDIA）在1999年提出來的，其相當于專用于圖像處理的CPU，使用GPU在處理圖像時的工作效率會遠高于通用CPU。在PC時代，帶有優良性能GPU的顯卡是游戲玩家在購買PC時主要考察的方面之一。

在智能手機硬件飛速發展的今天，主頻高達1.5GHz的八核處理器已經成為高端智能手機的標準配置，目前已經有多款搭載1.5GHz以上8核處理器的Android智能手機上市。在處理器效率的提升以及3D手機游戲的帶動下，手機內置GPU的性能也成為了一個衡量手機性能的重要標準。

3.3.1 手機GPU四大家族對比

Android平臺中，由于沒有統一的硬件標準，導致了各廠家，各型號手機的硬件配置大不相同。目前應用在手機和平板電腦端的GPU主要由4家公司執行設計—英偉達、Imagination公司、高通公司和ARM公司。其中，ARM和Imagination公司并不進行GPU的實際生產，主要出售芯片設計技術（IP）的授權。下面將對這4家公司出品的移動GPU逐一進行介紹。

1．PowerVR Rogue系列

PowerVR Rogue是Imagination公司最新一代PowerVR架構，主要包括PowerVR Series6系列、PowerVR Series6XE系列、PowerVR Series6XT系列、PowerVR Series7XE系列、PowerVR Series7XT系列。PowerVR Rogue架構基于一系列可擴展的計算集群，旨在應對從IoT到頂級性能嵌入式圖形市場日益嚴苛的需求，包括智能手機、平板電腦、游戲主機、汽車、DTV等。

? PowerVR Series6系列的主要型號為PowerVR G6400、PowerVR G6430、PowerVR G6200、PowerVR G6230、PowerVR G6630，該系列功能滿足甚至超越了對API的要求，例如OpenGL ES 1.x/2.0/3.x、OpenGL 4.x、DirectX10以及所有的主流系統。如圖3-32所示的魅族最新款智能手機MX4就是該系列的代表產品。

? PowerVR Series6XE系列的主要型號為PowerVR G6050、PowerVR G6060、PowerVR G6100以及PowerVR G6110, PowerVR Series6XE GPU包括數量可擴展的圖形和計算集群，旨在滿足一些日益壯大、充滿活力的市場的要求。運用這些著色器集群組，PowerVR Rogue GPU可在提供一流圖形和GPU計算效率的同時，最大程度地降低功耗和帶寬需求。

? PowerVR Series6XT系列中的PowerVR GX6250、GX6450和GX6650分別有兩個、4個和6個著色集群，可顯著改善復雜圖形和GPU計算性能，目前最流行的iPhone6 plus就是采用此系列GPU—PowerVR GX6450，如圖3-33所示。PowerVR GX6240則是精簡了PVRIC和ASTC支持的面積優化型雙集群產品。

? PowerVR Series7XE系列是一組十分高效、功能強大的GPU，其包括世界上最小的兼容Android擴展包的GPU。Series7XE系列在Series6XE系列的基礎上構建而成，有單集群和半集群兩種配置，在既要求具有價格優勢又要求高品質UI的設備上，可以實現最新游戲和App。

? PowerVR Series7XT系列的主要型號為PowerVR GT7200、PowerVR GT7400、PowerVR GT7600、PowerVR GT7800、PowerVR GT7900，該系列具有2至16集群配置，提供從100 GFLOPS至1.5 TFLOPS的超強擴展性能，將移動嵌入式GPU性能提高到了一個新高度。

2．Mali系列

ARM公司設計出品的GPU是Mali系列，目前主要型號為Mali-T604、Mali-T624、 Mali-T628、Mali-T760、Mali-T860、Mali-T880等。ARM Mali系列GPU為所有嵌入式圖形和視頻需求提供了完善的解決方案，使設備制造商和內容開發商能夠為最廣泛的消費類設備（包括手機、便攜式游戲機、智能本和HDTV）提供高質量的尖端多媒體解決方案。

? Mali-T604的計算解決方案專門針對可視計算進行設計，通過使用獨創的三管道架構，以2D和3D圖形高質量可伸縮多核解決方案的trace記錄為基礎構建。支持的主要API包括OpenGL ES 1.1、OpenGL ES 2.0、OpenGL ES 3.0、DirectX 11和OpenCL 1.1。

? Mali-T624的流水線在硬件中提供了真正的IEEE雙精度浮點數學運算用以支持Full Profile以及Embedded Profile、OpenCL。通過單一驅動程序堆棧為所有多核配置提供的生產質量軟件支持簡化了應用程序移植、系統集成和維護。多核調度和性能擴展完全在圖形系統中處理，應用程序開發人員不需要考慮任何特殊事項。

? Mali-T628可從一個內核擴展到8個內核，圖形和GPU計算性能高達Mali-T624的兩倍。Mali-T628與Mali-T600系列中的其他產品共享主要API支持，包括OpenGL ES 1.1、OpenGL ES 2.0和OpenGL ES 3.x、等。如圖3-34和圖3-35所示，華為榮耀6系列的手機采用的就是Mali-T628圖形處理器。

? Mali-T760促進Midgard體系架構進入能源高效的新時代，完全支持當前和下一代圖形和計算API，它執行計算密集型任務，如計算攝影、手勢識別以及圖像穩定等先進技術。

? Mali-T860在優化復雜圖形和計算內容方面有著卓越的性能效率，可從一個內核擴展到16個內核。Mali-T860在提供了最好的性能的同時，消耗最少的能源，其能源效率提升了45%。

? Mali-T880圖形處理器是Mali-DP550顯示處理器（DPU）和Mali-V550視頻處理器（VPU）的理想搭檔，能夠滿足日益成長的4K數字電視和機頂盒市場的要求。

3．Adreno系列

高通的GPU產品主要是Adreno系列，其被廣泛應用于高通的Snapdragon平臺上。目前的主要型號為Adreno 302、Adreno 304、Adreno 306、Adreno 320、Adreno 330、Adreno 405、Adreno 420、Adreno 430以及即將發布的Adreno 530等。目前應用最為廣泛的為Adreno 320、Adreno 330、Adreno 420、Adreno 430。

? Adreno 320作為Adreno 300系列GPU中的第一款產品，其同時支持新的圖形和GPU計算API，主要包括OpenGL ES 3.0、OpenCL和Renderscript Compute等。圖形性能方面，三角形輸出率為225M/s，像素填充率為3200M/s。

? Adreno 330的計算性能與上一代Adreno 320 GPU相比提升50%，開發人員可以通過創新的統一渲染架構和Adreno圖形開發工具獲得高端3D圖形質量以及高能物理、實時反射和折射等效果。類似這樣的功能過去僅能在游戲機系統實現。該處理器還支持OpenCL、OpenGL ES 3.0、Renderscript Compute及其他接口（API），這給開發人員帶來很大便利。

? Adreno 420在API上面支持OpenGL ES 3.1、OpenCL 1.2以及Direct3D，加入了對OpenGL ES 3.0當中的ASTC紋理壓縮技術的支持，可以提供更好的紋理性能。圖形方面支持動態硬件曲面細分技術，用更加細小的筆觸刻畫真實的現實世界。

? Adreno 430圖形處理器是內嵌在高通驍龍810處理器之中、Adreno 430與用在驍龍805處理器中的上一代GPU產品Adreno 420相比，在性能方面有30%的提升，并在功耗上有20%的下降。已上市的樂視超級手機1 Pro和小米Note頂配版（如圖3-36和圖3-37所示）。都采用的是Adreno 430圖形處理器。

4．GeForce ULV系列

英偉達在智能移動設備上的GPU目前主要是被Tegra系列，目前主要型號有Tegra 2、Tegra 3、Tegra 4、Tegra k1、Tegra x1等。從性能上來看，英偉達的GeForce系列圖形芯片在整體上非常優秀，特別是在1080P視頻錄制和播放方面以及大型3D游戲方面有著非常出色的表現。

? Tegra 4內部搭載72個GeForce GPU核心，等同于Tegra 3 GPU運算動力的6倍，因此提供更逼真的游戲經驗與更高分辨率的顯示畫面。

? Tegra K1的架構從Tegra 4的GeForce（G70）架構提升至Mobile Kepler架構，Tegra K1與現階段主推的GeForce Titan GPU架構相同，因此也完整支持OpenGL 4.5、Open GL ES 3.1、DirectX 12、Tesellation與CUDA 6.5。第一臺用在移動設備上的是由小米推出的小米平板，如圖3-38所示，還有由英偉達公司自己推出的神盾平板如圖3-39所示。

? Tegra X1是英偉達目前最先進的移動處理器。新的強大的NVIDIA Maxwell架構，不但完整支持OpenGL 4.5、Open GL ES 3.1、DirectX 12、Tesellation與CUDA 6.5等，而且擁有無與倫比的4K視頻的能力和更高效的性能。

3.3.2 主流GPU的性能參數比較

上一小節對手機GPU的4大家族做了較為詳細介紹，相信讀者對PowerVR Rogue系列、Mali系列、Adreno系列以及GeForce ULV系列有了一定的了解。接下來在本小節中將對比各個系列的主要特性參數，具體情況如表3-1所列。

隨著Android手機硬件的發展以及OpenGL ES圖形編程標準的逐漸完善，編程人員可以使用OpenGL ES 3.x開發出更加絢麗的3D場景，從而滿足日益增長的軟件需求。