واحد خبر mobile.ir : طی چند سال اخیر عرصه SoC GPU (پردازنده‌ گرافیکی که به شکل سیستم روی تراشه تولید می‌شود) مسیر جالبی را پیموده است. در اوایل دهه 2010 فضا برای ورود به کسب‌وکار تولید GPUهای کلاس SoC باز بود به طوری که از کمپانی NVIDIA گرفته تا Broadcom (و دیگر کمپانی‌ها در این میان) به تولید GPU می‌پرداختند. ولی باید دانست در عرصه تولید GPU، ادغام، پدیده‌ای اجتناب‌ناپذیر بوده و همان‌طور که سازندگان چیپ‌ست یک‌به‌یک از این کسب‌وکار کناره می‌گرفتند، در عرض تنها 6 سال، تعداد آن دسته از تولیدکنندگان GPU که محصولات‌شان در اسمارت‌فون‌های رده بالای اندرویدی به کار گرفته می‌شد به 2 کمپانی کاهش یافت: کوالکام و ARM.

اینکه ARM موفق شده عمده بازار GPU را به نام خود تصاحب کند، نشان از تلاش‌های این کمپانی در دو حوزه مهندسی و صدور مجوز مالکیت معنوی (IP) دارد. ARM مسیری نامتعارف را برای ورود به بازار پردازنده‌های گرافیکی انتخاب کرد، به این شکل که در سال 2006، یک شرکت نروژی ناشناخته در عرصه تولید GPU به نام Falanx (که اکنون ARM Norway نام دارد) را خریداری نمود و آن را توسعه داد تا امروز به چنین جایگاه مهمی برسد. تخصص ARM در صدور مجوز مالکیت معنوی، در کنار معماری غیرمعمول GPUهای تولیدی این شرکت، ترکیبی قدرتمند برای ARM بوده‌ و دیوایس‌های زیادی (چه رده بالا و چه رده پایین) را مشتری خود نموده‌اند.

به‌تازگی کمپانی ARM در حاشیه نمایشگاه Computex 2016 -- واقع در تایپه -- همزمان با رونمایی از CPU جدید خود با نام Cortex-A73، از GPU جدید این شرکت با نام Mali-G71 نیز پرده برداشت.

معماری واحد گرافیکی ARM Mali-G71

به گفته ARM، پردازنده گرافیکی Mali-G71 با در نظر گرفتن کارکردهای دیوایس‌های رده بالا از جمله واقعیت مجازی، واقعیت افزوده، بازی‌های سه بعدی و APIهای مدرن مانند Vulkan و OpenCL 2.0 تولید می‌شود. چند سال قبل، بازی مار (Snake) اوج بازی‌های دستگاه‌های موبایل به شمار می‌رفت، اما صنعت به قدری سریع پیشرفت کرده که حتی دیوایس‌های رده بالای امروزی نیز ممکن است در برآوردن نیازهای بازی‌های نسل بعد دچار مشکل شوند. لذا ARM مدعی است که Mali-G71، با نگاهی به سطوح بعدی گرافیک‌های موبایلی و حصول اطمینان از اینکه دیوایس‌های مجهز به این تراشه، قدرتمندتر و کارآمدتر از قبل خواهند بود، در پی آن است که این نقطه ضعف بالقوه را از بین ببرد. گفتنی است ARM دیوایس‌های مجهز به Mali-G71 را -- از منظر توانایی‌های گرافیکی -- در سطح لپ‌تاپ‌های میان‌رده می‌داند. در ادامه به مهم‌ترین ویژگی‌های این پردازنده گرافیکی اشاره می‌شود:

معماری جدید Bifrost

رشد ARM در عرصه تولید پردازنده‌های گرافیکی تا حد زیادی مدیون نحوه معماری این پردازنده‌ها در چند سال اخیر، یعنی معماری Midgard بوده است. Midgard در سال 2012 معرفی شد و گرافیک‌های سری Mali 700 ،Mali 600 و Mali 800 بر اساس این معماری ساخته شدند. معماری Midgard، به عنوان نخستین طرح سایه‌زنی یکپارچه ARM، در چند سال اخیر توسعه یافته تا بتواند از امکانات جدیدتری مانند Tessellation (شکسته شدن تمامی اشیاء در یک صحنه سه‌بعدی به سطوح مثلت‌شکلی جهت مهیا شدن آنها برای رندر) ، عمق رنگ 10 بیت در کانال و APIهای جدیدتری نظیر OpenGL ES 3.1/3.2 و Vulkan نیز پشتیبانی کند.

نسل های مختلف پردازشکرهای گرافیکی ARM Mali

اما اکنون تقریبا چهار سال از عمر معماری Midgard گذشته و یکه‌تازی این معماری به زودی به پایان می‌رسد. لذا ARM تصمیم گرفت GPU جدید خود را بر مبنای یک معماری متفاوت و به مراتب پیشرفته‌تر به نام Bifrost بسازد. به گفته ARM نوآوری‌ها و بهینه‌سازی‌های متعددی در Bifrost گنجانده شده‌اند که در اینجا به ذکر چند مورد بسنده می‌شود.

در معماری Bifrost شاهد وجود عناصری به نام سایه‌زن‌های بندبندشده (claused shaders) هستیم. به موجب این سایه‌زن‌ها می‌توان مجموعه فرمان‌ها را در بلاک‌های تعریف‌شده دسته‌بندی نمود. این بدان معناست که قبل از اجرای بند (clause execution) می‌توان از وجود تمام وابستگی‌های بیرونی در جای خود اطمینان حاصل کرد. در نتیجه این کار، فشار روی فایل رجیستر کمتر شده و میزان انرژی مصرف شده به شدت کاهش می‌یابد.

یکی دیگر از نوآوری‌های معماری Bifrost، بردارسازی 4 مبنایی (quad based vectorization) نام دارد. GPUهایی که با معماری Midgard ساخته می‌شدند از نوعی بردارسازی به نام SIMD استفاده می‌کردند که در مرحله پایپ‌لاین (pipeline stage) در هر بار تنها یک thread را اجرا می‌نمودند.

مقیاس‌پذیری (scalability)

نسل پیشین پردازنده‌های گرافیکی در دستگاه‌های موبایل از 1 تا 16 هسته سایه‌زن برخوردار بودند. اما Mali-G71 جهت تأمین نیازمندی‌های روبه‌رشد دستگاه‌های موبایل، می‌تواند دارای 1 تا 32 هسته باشد. این مقیاس‌پذیری بدان معناست که عملکرد گرافیکی برتری در انتظار طیف گسترده‌ای از دیوایس‌ها قرار دارد؛ از تلویزیون‌های دیجیتال تا اسمارت‌فون‌های رده بالا و هدست‌های واقعیت مجازی، چه بر اساس موبایل باشند چه مستقل. به گفته ARM، این انعطاف‌پذیری، در کنار 40 درصد بهبود در بهره‌وری مساحت اجرا به شرکای برند این امکان را می‌دهد تا سیستم خود را با نیازمندی‌های دقیق مورد انتظار خود پیکربندی کرده و با ایجاد تعادلی کامل بین انرژی، کارآمدی و هزینه بتوانند محصولاتشان را به شکلی مطلوب در بازار هدف عرضه نمایند.

بازی‌های رده بالا

بازی‌های موبایلی به سرعت در حال تبدیل شدن به پلتفرم مورد انتخاب گیمرها در سراسر دنیا هستند. انتظار می‌رود ارزش بازار بازی‌های موبایلی در سال 2017 به بیش از 40 میلیارد دلار برسد که این میزان در مقایسه با سال 2016، حدود 10 میلیارد دلار بیشتر خواهد بود. دستگاه‌های موبایلی که در حال ورود به بازار بوده -- و هر سال به پیچیدگی آنها افزوده می‌شود -- بایستی با این رشد سریع سازگار باشند که البته کار آسانی نخواهد بود.

به گفته ARM، تعداد Vertex نسخه‌های نمایشی بازی که این شرکت چند سال قبل تولید می‌کرد، نصف تعداد Vertex نسخه‌هایی است که در حال حاضر تولید می‌کند که همین امر، انرژی و کارآمدی بیشتری را می‌طلبد.

عملکرد گرافیک Mali-G71 در مقایسه با Mali-T880 در یک پروسه مشترک و شرایط یکسان

اگر اپلیکیشن‌ها با همین سرعت به پیشرفت خود ادامه دهند، آنگاه در آینده‌ای نه چندان دور توانایی در رسیدن به 32 هسته سایه‌زن، جزء ضرورت‌های اساسی دستگاه‌های موبایل پیشرفته به حساب خواهد آمد. به‌علاوه، مصرف انرژی پردازنده Mali-G71 تحت شرایط یکسان 20 درصد از Mali-T880 کمتر بوده و در دیوایس‌های پیشرفته‌ای که از لحاظ حرارتی محدودیت دارند عملکرد پایدارتری خواهد داشت.

پشتیبانی از رابط‌های برنامه‌نویسی نرم‌افزار Vulkan و OpenCL2.0

پیشرفت‌های صورت گرفته در حوزه رابط برنامه‌نویسی نرم‌افزار یا در اصطلاح API، برای شرکتی نظیر ARM از اهمیت بالایی برخوردار است چرا که در نهایت این API است که نحوه تعامل توسعه‌دهندگان با سخت‌افزار را تعیین می‌کند. در سال‌های اخیر سعی بر آن بوده تا توسعه‌دهندگان به سطوح پایین‌تری از سخت‌افزار دسترسی پیدا کنند.

در کنسرسیوم کرونوس (خالق APIهای بدون حق کپی‌رایت و دارای استاندارد باز) این گرایش به تولید رابط برنامه‌نویسی جدیدی به نام Vulkan 1.0 منجر شد. به همین شکل رابط برنامه‌نویسی OpenCL 2.0 نیز تولید شد تا محیط کار را برای توسعه‌دهندگان کاربرپسندتر نماید. انتظار می‌رود به محض ورود دیوایس‌های مجهز به OpenCL 2.0 به بازار، موارد استفاده کاملا جدیدی را شاهد باشیم. پردازنده Mali-G71 طوری طراحی شده تا از هر دو رابط برنامه‌نویسی Vulkan و OpenCL 2.0 پشتیبانی کند،

واقعیت مجازی

در حال حاضر در صنعت گرافیک، همه جا صحبت از واقعیت مجازی است: اینکه ملزوماتش چیست، چه نیاز دارد و چگونه می‌توان بهترین تجربه واقعیت مجازی را برای کاربران فراهم نمود. ARM مدعی است که Mali-G71 با در نظر گرفتن این موارد ساخته شده است. واقعیت مجازی برای عملکرد خود به ملزومات فراوانی نیاز دارد و این بدان معناست که پردازنده‌های گرافیکی برای دیوایس‌های رده بالا بایستی در زمینه مصرف انرژی کارآمدتر از قبل باشند. از طرفی اجزای دیگر دیوایس‌ها مانند دوربین‌ و رزولوشن صفحه نیز روز به روز پیشرفته‌تر شده و روی‌هم‌رفته در به حداکثر رساندن ظرفیت حرارتی دیوایس بی‌تأثیر نخواهند بود. این مسأله موجب می‌شود تا GPU برای کاهش میزان مصرف انرژی در هر جایی که ممکن است، فشار بیشتری را متحمل شود.

به گفته ARM، خانواده GPUهای سری Mali نیز از امکاناتی عالی در زمینه بهینه‌سازی واقعیت مجازی برخوردار بوده که تجربه خوبی را از کار با واقعیت مجازی در دستگاه‌های موبایل برای کاربر فراهم می‌کنند. . ARM مدعی است که در سری GPUهای Mali که بر اساس معماری‌های Midgard یا Bifrost ساخته شده‌اند، کار پردازشی رأس (vertex) را بهینه کرده که در نتیجه این کار، آن قسمت‌هایی از سایه‌زن‌های رأس که به چشم وابسته نیستند را یک مرتبه راه‌اندازی کرده و نتایج را بین هر چشم به اشتراک می‌گذارد.

محافظت از محتوا (content protection)

در عصر حاضر استفاده از گوشی در بین مردم روزبه‌روز شایع‌تر شده و بسیاری از ما حتی به کامپیوتر خانگی یا لپ‌تاپ هم احتیاج پیدا نمی‌کنیم چرا که می‌توانیم تمام کارهای مورد نیاز خود را از طریق گوشی انجام دهیم، از جمله دانلود و مشاهده محتوا و استریم کردن آن به دیگر دیوایس‌ها. پردازنده نمایشگر Mali-DP650 -- که اخیرا وارد بازار شده بود -- توانایی اداره کردن محتوای با رزولوشن 4k را داشت و پردازنده Mali-G71 این قابلیت را دارد که چنین محتوایی را به‌راحتی و بدون افت کیفیت به تلویزیون شما استریم کند. این یعنی با وجود اینکه هنوز 4K در دستگاه‌های موبایل جا نیفتاده، کاربران هنگام مشاهده محتوا در یک دیوایس جداگانه که از 4k پشتیباتی می‌کند، هیچ‌یک از مزایای 4k را از دست نخواهند داد.