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移動計算時代大潮襲來，手持設備的應用范圍也被大大拓寬。從早期手機只能打電話、發短信、看圖片，到今天手機能夠看高清視頻、玩3D游戲，擁有各種酷炫的操作界面，除了SOC芯片中CPU部分的進步外，其GPU部分也非常重要。和PC相同的是，移動SOC的CPU和GPU兩個部分也可以互相搭配、替換，很多廠商往往會給相同的CPU核心搭配不同的GPU以區分SOC芯片的檔次；和PC不同的是，目前移動計算的GPU廠商很多，除了人們熟知的高通、ARM外，還有NVIDIA、Imagination Technologies等廠商參與其中。那么各個廠商的移動GPU都有哪些特色和主流型號呢？今天本文就和大家一起來梳理這些問題。
Imagination PowerVR—授權巨頭
發展歷史：
Imagination Technologies（下簡稱IT）這個公司說起來很有特色：要說歷史久遠，當年IT的產品可是和Voodoo一爭高下，后來在與ATI和NVIDIA的爭斗中敗下陣來才退出了桌面市場；要說產品豐富，2010年整個IT銷售了2.15億顆包含了IT技術授權的GPU產品，到2013年估計這個數據超過了4億。
早期的IT圖形產品還是非常有優勢的。最初IT為康柏電腦生產了PowerVR 1系列產品，后來這款獨立顯卡產品也有零售，商品名為VideoLogic Apocalypse 3D。由于反響不錯，隨后IT也為世嘉的土星游戲機定制過GPU芯片。接下來IT又推出了PowerVR 2，支持DirectX 6.0，性能表現尚可，不過由于不支持T&L，PowerVR后續產品沒有在桌面市場繼續發展下去。反倒是由于PowerVR獨特的Tile Based Deferred Rendering基于延遲渲染的分塊架構在性能功耗比的表現上優勢明顯，因此在PowerVR 3、PowerVR 4失敗后，iPhone/iPhone 3G使用的PowerVRM B X在移動市場取得了巨大的成功（出貨量超過2億片），這也為今天Powe r V R在移動市場呼風喚雨的地位打下了基礎。今天，PowerVR SGX 5和SGX 5XT成為市場的主流產品，為無數玩家帶去了極為優秀的移動計算體驗。
PowerVR本身不生產芯片，而是設計芯片并銷售授權。購買PowerVR授權的廠商既有英特爾、蘋果、三星等業界巨頭，也有LG、瑞薩、高通、華為、索尼等業內大腕，還有一些不太出名的小廠商。其中最需要注意的是蘋果，PowerVR由于受到蘋果的支持，很多軟件特別是3D游戲都先基于IOS平臺的PowerVR的產品研發，再移植到安卓平臺其他產品上去，因此PowerVR目前在游戲兼容性上擁有“先天”優勢。不僅如此，蘋果和英特爾還積極入股了IT，成為PowerVR的大股東。
當前主流產品：
PowerVR目前在市場上的主流產品是PowerVR5系列。根據IT的分類，PowerVR5系列分為PowerVR5和PowerVR5XT兩種核心，都是統一渲染架構產品。前者最早發布于2005年7月，包含了SGX520、SGX530、SGX531、SGX535、SGX540和SGX545六款核心，這些產品初始制程全部采用了65nm工藝，在200MHz下的性能從0.8GFLOPS一路攀升到3.2GFLOPS（不過也有部分廠商采用新工藝后繼續提高頻率以獲取更強性能）。目前PowerVR5系列在主流市場上已經不太容易看到。比較著名的是其中的PowerVRSGX 535和SGX 545。其中前者被蘋果用于自家的A4處理器中，成就了iPhone 4一代經典的地位，也曾經是首代iPad所使用的處理器；后者曾經被英特爾選中用于搭配自己的移動Atom，用于手機和平板等產品，被命名為GMA 500系列。不過由于早期Atom受到的支持很少，再加上英特爾當時無法很好地控制產品的功耗，因此沒有太大的成績。
iPhone4以視網膜屏幕和強悍的性能著稱于世，誰又知道其背后PowerVR SGX 535的默默奉獻呢？
iPad 4中使用的PowerVR SGX 554MP4是目前已上市開賣的移動GPU中規模最大、規格最高、性能最強的產品。
圖為PowerVR的發展路線
表1：目前比較常見的PowerVR 5XT系列產品的規格
PowerVR真正的火爆在于蘋果的A5處理器上市后。由于經典的iPad2大獲成功，PowerVR也開始成為很多玩家眼中的“正統”產品。在PowerVR5之后，IT推出了PowerVRSGX5XT系列。這個系列的特點在于可以完全支持多核心擴展。IT推出基礎的PowerVRSGX5XT 芯片，廠商可以根據自己的需要使用一個、兩個、三個、四個直至最多16個內核，獲得不同等級和檔次的性能搭配。雖然在官方的列表中，之前Power VRSGX 520到SGX545都出現在Power VR5XT系列的列表中，但實際上這一代PowerVR5XT在市場中大量出現的只有SGX543、SGX544和SGX554三款核心，遠比上代的6款核心要少，不過由于不同的核心搭配策略，各個廠商都能獲得自己需要的產品。在圖形規格方面，PowerVR5XT繼承了PowerVR5系列的優勢，支持OpenGLES 2.0/1.1，也能支持DirectX9.0L3。從PowerVRSGX 544開始，PowerVR引入了一些OpenGL ES 3.0的技術，使得產品能夠在新的競爭中繼續獲取優勢。
從產品方面來看，如果說PowerVR處理器中目前哪一款最有名，相信很多玩家都會想到iPad4使用的PowerVRSGX54MP4內核，它包含了四顆PowerVR SGX 554核心。也正是這顆GPU核心，讓iPad 4能從容面對高達2048×1536超高分辨率的視網膜屏幕，也是iPad 4在性能上傲視群雄的關鍵因素。除此之外，目前市場上比較常見的處理器比如三星Exynos 5Octa（也就是GalaxyS4中使用的那顆“4+4”的處理器）也使用了PowerVRSGX544MP3以獲得強大的圖形性能—這也是三星繼Exynos3之后，再度在高端CPU中啟用PowerVR的產品。除此之外，還有一些廠商使用了比較老的PowerVR架構，比如MTK一些面向入門級用戶的產品，使用了“新”的SGX531Ultra（實際上是PowerVR SGX531從65nm改用新工藝40nm后的高頻率版本），在性能和功耗上做出了比較好的權衡。
總的來看，依靠授權IP，收取權利金的方式，PowerVR成為目前移動GPU市場上的絕對霸主。根據一些統計資料，2012年PowerVR占據了高達50.1%的ARM市場移動GPU的份額。“授權— 收取權利金— 投入新的資本研發新的核心—再授權”，PowerVR的這種研發方式盡可能避開了芯片生產中的工藝風險，讓自己能夠充分利用先進的技術來獲取市場優勢。2012年，PowerVR就公布了下一代PowerVRSGX6的資料，不過目前工藝尚不成熟，預計在20 nm或者16nm時代才能看到全新的PowerVR SGX6的強大性能了。
高通Adreno—霸業基石
發展歷史：
如果說PowerVR算是“親兒子”的話，那么Adreno就是不折不扣的“螟蛉子”了。Adreno原本并非高通旗下的部門，它的“親生父母”實際上是ATI 。在2005年AMD收購了ATI后，負責設計移動圖形核心的、當時被稱為“Imageon”的部門被AMD剝離后以6500萬美元賣給了高通（像不像賣了阿拉斯加給美國的俄羅斯？）。隨后高通擁有了自己的移動圖形部門，并改名為Adreno—只要將這個名字中的前三個字母調換一下順序，你就會發現“Radeon”的單詞出現，是不是很熟悉？沒錯，這也許是Adreno立志要做移動計算中的“Radeon”，從而在名稱上刻印了標記，也正是在高通旗下，Adreno實現了這個愿望。
從歷史來看，在被高通收購之前，Imageon也推出過很多款產品，其中有專門的2D加速、影音解碼芯片，也有專門支持視頻播放的芯片，當然主要的還是以圖形性能為核心，綜合多樣功能的產品。Imageon從型號上來看至少有過20款獨立的芯片推出，隨后它就被高通收購，成立了全新的Adreno產品部門。
在被高通收購后，Adreno開始轉型研發移動3D芯片。Adreno 130是其推出的首款產品，它的實際產品有HTC Dream（G1）和后來大賣的HTCHero（G3）。從HTC的G1和G3的銷量來說，Adreno 130不可謂不成功。隨后的Adreno 200芯片，又被HTC看中，用在Nexus One和HTC Desire（G7）中，又成為一款大賣的產品。之后的Adreno 205，成為索尼愛立信推出的專注于游戲的Xperia Play手機的的圖形核心，這也是對Adreno性能的肯定。在初代幾款產品成功后，Adreno開始隨著高通的SOC芯片一路狂飆，最終斬獲了30%的SOC移動GPU市場份額。
當前主流產品：
目前Adreno主流型號從低到高分為Adreno 203、Adreno 205、Adreno 220、Adreno 225、Adreno230、Adreno 302、Adreno320和Adreno 330。其中Adreno 200系列是面向主流和入門級用戶的，Adreno300系列搭配的多是中高端產品。在架構上，整個Adreno都采用統一渲染架構，不再區分頂點和像素處理器。
從高通官網的介紹來看，Adreno 200系列主要支持OpenGLES2.0/1.1，沒有明確說明支持Direct 3D，不支持OpenGL ES 3.0。這系列產品都比較老，因此主要出現在搭配高通Scorpion架構CPU的SOC中。Scorpion架構是高通基于Cortex-A8架構修改的架構，性能不算強，高通將其歸入Snapdragon S1、S2和S3系列處理器。和PowerVR不同的是，Adreno 200系列很少公布它的GFLOPS性能指標，轉而公布填充率等信息。不過一些資料還是提及了Adreno 200系列的性能參數（非官方參數，僅供參考，不過應該不會有太大差距），比如Adreno 130在133MHz下擁有1.2GFLOPS的性能，Adreno200在266MHz下性能為8.5GFLOPS，Adreno 225在200MHz、300MHz和400MHz下的性能分別為12. 8GFLOPS、19.2GFLOPS和25.6G FLOPS 。參考之前的PowerVR的性能，Adreno 200系列最高性能和PowerVRSGX 554基本處于同一性能檔次。
小米2S估計是所有國內消費者最熟悉的、使用Adreno 320的手機了。
接下來的Adreno 300系列則主要搭配新的Snapdragon200、400、600和800系列SOC，這系列SOC的CPU核心從低到高分別為Cortex-A5、Cortex-A7以及目前大紅大紫的Krait300和Krait400，層次相當分明。規格上，Adreon 300系列都開始支持OpenGL ES 3.0，DirectX 9.3、Open CL等，也屬于相當主流的規格支持。從低到高來看，Snapdragon 200還可以選用Adreon 203，不過只有入門級機型才使用類似的低配置，一般會考慮使用Adreon 302這樣的產品，基準性能未知，但不會過10GFLOPS 。Snapdragon 400則會推薦使用Adreno305GPU，在400MHz下它的基準性能為19.2GFLOPS。再向上一些的Snapdragon600則開始推薦Adreno320產品，500MHz下基準性能達到了51.2GFLOPS。最后則是最強大的Snapdragon 800，最高可搭配Adreno330，可惜的是目前尚未有它的性能參數，但至少這顆GPU能達到70～80GFLOPS是沒有太大問題的。
目前高通的Adreno系列占據了超過1/3的移動GPU市場份額，除了借助了高通在基帶和ARM CPU上的優勢外，Adreno GPU本身性能和功耗表現都很不錯，支持規格也很全面。由于有如此龐大的市場占有率，因此無論哪一家開發商都不會輕視高通的存在，各大游戲除了為PowerVR優化外，也必須為Adreno系列做出優化，所以高通的產品在游戲運行的圖形效果穩定性上還是相當出色的，玩家幾乎無需擔心新游戲在Adreno上的運行問題，值得玩家信任。
ARM Mali—“親兒子”
發展歷史：
ARM作為整個ARM生態圈的核心，在移動SOC的CPU發展上具有決定性的地位。不過在移動GPU的發展上ARM就沒這么重要了。早期的ARM甚至沒有GPU部分，直到2006年，ARM收購了挪威移動GPU廠商Falanx后，才推出了自己的親兒子—Mali移動GPU。
首款MaliGPU目前可查的信息為Mali-200系列，最多只能支持1個顯示核心，頻率有230MHz和380MHz兩種，在275MHz下的三角形輸出率為16M/s、像素填充率為275M/s。Mali-200做為Mali系列的開山之作，也由于經驗不足存在很多問題，不過這個系列的產品前已經幾乎看不到了，只有一些低端的機型或者是在嵌入式設備中可能還能看到它的身影。
從市場角度來說，ARM擁有Mali GPU的優勢在于可以向廠商推出整體化的一條龍解決方案。廠商可以向ARM同時購買CPU和GPU的授權，組建自己的原生SOC芯片。不過早期的Mali芯片在性能特別是兼容性上存在一定問題—移動GPU目前標準比較多，各家GPU廠商的規格都不一樣，因此如果不專門為某些芯片做出優化而只是用標準規格的話，要么某些G PU性能很差，要么會無法運行。Mali剛推出時，由于市場占有率不足，產品較少，因此很多軟件都沒有來得及支持Mali，不過在經過長時間發展特別是ARM的一體化推廣后，Mali得到了三星這樣的巨頭支持，隨著三星手機和Exynos產品的大賣，Mali無論在兼容性還是性能上優化都有了長足的發展，目前已經很少有嚴重的兼容性問題出現。2012年，ARM的Mali占據了2.6%的市場份額，算是小有成就吧。
HTC Desire和Google NexusOne都采用的是Adreno 200芯片，奠定了高通在移動GPU界的領先地位。
搭配Adreno 330的Snapdragon 800是目前最強悍的SOC芯片，三星GalaxyS4 LTE-A使用了這顆處理器。
三星目前是Mali系列產品最堅定的支持者，從Galaxy S2到Galaxy Note，Mali幫助三星征服了無數消費者。
Nexus 10采用了目前最新的Mali-T604 GPU，可惜這款平板銷量看起來不那么喜人。
當前主流產品：
如果說Mali-400MP系列的成功誰功勞最大的話，除了ARM本身不懈的推廣外，三星肯定是最大的功臣。三星在自家Exynos 4系列產品，比如Exynos 4210、Exynos 4212以及四核的Exynos4412都使用了Mali-400MP系列的GPU產品，隨著三星GalaxyS 、Galaxy Note系列手機的大賣，Mali-400MP系列成為市場上最火爆的明星。
Mali-400MP規格上依舊主要支持OpenGL ES 2.0/1.1，采用統一渲染架構。相比前代產品，Mali-400MP的最大特點在于可以進行多核心配置—最少單核心，最多四核心。每個核心的Mali-400MP在65nm工藝下只有4.7mm2面積，緩存可選8KB到266KB，性能在275MHz時達到三角形輸出率為30M/s、像素填充率1100M/s，相比前代產品，像素填充率的大幅度提升讓Mali-400MP可以輕松面對高清分辨率下的3 D游戲需求。由于面積很小，Mali-400MP每平方毫米性能非常出色，廠商往往使用多個Mali-400MP核心來加強性能。比如Exynos4412，就使用了四顆Mali-400MP組成Mali-400MP4，性能在一時可謂是傲視群雄。
在Mali-400后，ARM還推出了簡化版的Mali-400，被稱作Mali-300。Mali-300擁有8KB緩存，性能在275MHz時達到三角形輸出率為30M/s，但是其像素填充率大幅度降低至275M/s，且只支持單核心配置，專門面向入門級用戶，目前在移動計算市場中幾乎看不到。
隨后ARM又推出了Mali-400MP的加強版被稱為Mail-450MP，最大可擴展到八核心，單核心Mali-450MP在帶256KB緩存的情況下核心面積為8.7mm2，性能相比Mali- 400MP進一步提升，在275MHz時達到三角形輸出率為60M/s、像素填充率2100M/s，不過這一代產品也是罕有廠商使用，因此在市場上也很少看到。
目前ARM已經將精力幾乎都放在全新的Mali-T600系列上，在官方宣傳中，Mali-450MP以及以前的產品被稱為“圖形硬件”，而Mali-T600系列則被稱為擁有GPU通用計算能力的圖形核心。Mali-T600系列的研發代號是“Midgard”，這是北歐神話中人類國度的名稱，可以看出ARM官方對新的Mali-T600系列寄予厚望。Mali-T600全系列支持OpenGL ES 2.0/1.1，OpenCL 1.1，DirectX 11，其中Mali-T622、Mali-T624、Mali-T628、Mali-T678還能夠支持OpenGLES3.0。性能方面目前尚沒有特別詳細的參數出現，不過一些資料表明，Mali-604在四核心配置下最高可達68GFLOPS的浮點性能，Mali-T658八核心配置最高可達272GFLOPS。不過Mali-T600系列目前的問題在于尚沒有太多產品使用，只有三星Exynos 5系列的Exynos 5250和Exynos5450使用了Mali-T604和Mali-T658，前者被使用在Chromebook和Nexus 10中，后者還沒有具體產品出現。
GeForceULP—來自NVIDIA的“殺器”？
發展歷史：
NVIDIA做顯卡、關注移動圖形計算也不是一天兩天了。2004年10月，NVIDIA就發布了自己旗下首款專為移動計算設計的產品—GoForce 2150，這是NVIDIA收購了專門針對移動技術進行研發和投資的公司MediaQ后首款產品。隨后NVIDIA還發布了GoForce 3000、GoForce 4000、GoForce5300、GoForce 6100等一系列產品。不過事實證明，在移動計算產品中，獨立的GPU芯片幾乎沒有立足之地。因此NVIDIA轉而開發SOC芯片，開始將ARM CPU集成進入SOC芯片中。
首款NVIDIAARMSOC芯片是TegraAPX，集成基于GeForce6GPU的圖形芯片，也就是目前GeForceULP的鼻祖。實際上更可靠的消息是NVIDIA之前也收購一家專門關注移動GPU的廠商Hybrid Graphics，GeForceULP架構實際上和GeForce6系列差異性頗大，反而更為接近Hybrid Graphics的設計。在NV IDIA正式推出Tegra系列產品后，第一代應用于Windows Mobile設備中，實際上幾乎沒有太多產品使用，最終沉沙折戟，第二代產品Tegra 600和Tegra 650，前者用于微軟Zune HD中，隨著這款產品的失敗也消失在歷史長河，后者始終沒有實際產品面試，也不太成功。
THD游戲目前是NVIDIA推廣的重頭戲
NVIDIA的游戲掌機Shield，使用了最高規格的Tegra 4芯片，跑分比在平板和手機上使用的Tegra 4芯片強很多。
Tegra和GeForceULP首次成功是Tegra 2產品，Tegra 2中的GeForce ULP集成了8個計算核心，支持OpenGL2.0/1.1以及OpenVG 1.1EGL1.4。性能方面GeForce ULP在200MHz下性能為3.2GFLOPS，而實際產品最高可達40 0MHz，性能為6.4GFLOPS—這個數據僅能勉強趕上同期的PowerVR SGX 543（200MHz下擁有的6.4 GFLOPS），面對隨后上市的iPad 2和iPhone 4S中使用的PowerVR SGX543MP2在200MHz下擁有的12.8GFLOPS性能完全不夠看。后來Tegra 3上市后，NVIDIA將GeForce ULP核心升級到12個，性能在500MHz下也只達到了12GFLOPS，不但在當時不算出色，在今天更是遠遠落后。
做為圖形技術大廠，NVIDIA在圖形性能上的弱勢似乎有些說不過去。好在NVIDIA將桌面游戲的“NVIDIA游戲之道”那一套搬到了移動市場來，扶持幫助游戲廠商開發基于NVIDIA Tegra系列芯片的THD游戲，THD游戲一般專門為NVIDIA芯片優化，在圖形呈現上往往有比普通版本游戲更為優秀的效果，比如最早的《水果忍者》的水果是圓形而不是明顯多邊形、《暗影槍神》中更為優秀的光影效果等，這也從一個側面說明了理論參數只是理論，更好的圖形效果還是需要廠商更為精心的優化才能得到。
當前主流產品：
由于Tegra 4和Tegra 4i還沒上市，因此目前NVIDIA的主流產品依舊是Tegra 3。不過Tegra 3發布時間已接近2年，無論是性能還是實際的新品已經沒有太多意義，下面內容還是主要針對即將上市的Tegra 4系列。
從架構來看，在其實無論是Tegra 3還是Tegra 4，其圖形模塊也就是GeForce ULP部分都只是在Tegra 2甚至更老的Tegra 600上直接擴大而來，基本規格沒有任何變化。GeForce ULP家族和之前介紹所有產品都不同的是，GeForce ULP依舊是分離式渲染架構的產物，頂點和像素渲染引擎分別處理頂點數據和像素數據。這種處理方式不夠靈活但相對來說每瓦特性能和每平方毫米性能都會比較出色。因此在新的Tegra 4上，NVIDIA在保持核心面積在80～100平方毫米的同時，將之前Tegra3的12個GeForce ULP計算核心擴大到了72個，整整是前代的6倍之多，Tegra 4的圖形部分性能也一躍達到了最高（在672MHz下）74.8GFLOPS，相比目前最強大的圖形核心iPad 4上使用的PowerVRSGX554 MP4的71.6GFLOPS理論性能還要更高一些，而Tegra4i則集成了60個GeForce ULP圖形核心，理論性能也達到了至少60GFLOPS，達到了目前中高端水平。
微軟的Zune HD堪稱一代悲劇，不過Tegra在這款產品上積蓄了一定實力。
圖為Tegra的發展路線
從規格來看，Tegra4中的GeForceULP雖然只能支持OpenGLES2.0，但是具體到規格上，又可以支持除了FP32外OpenGLES3.0的大部分功能。換句話來說一般只要不使用FP32（雙精度32位浮點桌面還沒玩順呢），大部分OpenGL ES 3.0的應用都可以輕松轉移至Tegra 4的GeForceULP上運行。
總的來說，作為圖形大廠的NVI DIA，目前在移動GPU的發展上目的性比較明確，新一代的Tegra 4無論在性能還是規格上還是比較令人滿意的。更令人驚喜的是，有消息稱Tegra 5上NVIDIA將啟用來自Kepler的全新架構，支持CUDA和DirectX 11等新規格，希望NVIDIA能夠帶來新的技術，在移動計算市場上開拓出全新的計算時代。
移動計算，精彩才剛剛開始
移動計算的GPU市場其實還有很多廠商，比如華為的海思處理器使用來自Vivante授權的GC400系列，算是不常見的品牌。目前移動計算GPU的市場情況相比CPU和GPU市場雙寡頭來說，廠商更多，競爭更為激烈。一方面廠商多，發展快，誰都不敢跑慢了；另一方面廠商多也證明了規格多樣，兼容性就成為需要注意的一件事情。未來在進一步競爭中，肯定會有廠商由于競爭失敗而逐漸退出移動計算GPU市場，而移動GPU最后也有很大可能會呈現雙寡頭或者三寡頭的局面。
激烈的競爭對消費者來說是最有利的，移動GPU的性能在工藝的幫助下，從幾年前1G FLOPS飛速發展到接近100GFLOPS，在16nm時代還要繼續進步到1000GFLOPS，這都是之前完全不敢想象的事情。玩家有希望在移動設備上玩到畫面更逼真、內容更豐富的游戲，也將帶來全新的市場運作模式和市場機會。移動計算，好戲還在后面！
工商網監
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