對(duì)于每一代 GPU，Imagination 內(nèi)部的性能團(tuán)隊(duì)都會(huì)運(yùn)行廣泛的測(cè)試內(nèi)容，分析并理解不同類型的工作負(fù)載及其瓶頸。作為分析的一部分，數(shù)據(jù)顯示許多現(xiàn)代游戲在執(zhí)行后處理算法上花費(fèi)了越來(lái)越多的時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)景深、光暈、模糊等效果。

大多數(shù)這些后處理過(guò)程都是以紋理采樣為主的過(guò)濾效果，它們對(duì)算術(shù)邏輯單元 (ALU) 的要求不高，但受限于紋理處理單元 (TPU) 的吞吐率。解決這個(gè)問(wèn)題的一種方法是簡(jiǎn)單地改變 TPU 單元與 USC/ALU 比例。然而，我們的分析表明這并非一個(gè)好策略，原因有以下幾點(diǎn)。

首先，在常規(guī)渲染過(guò)程中，D系列 GPU 中 ALU 與 TPU 的比例已經(jīng)是最佳的，增加更多的 TPU 并不會(huì)帶來(lái)任何好處，因?yàn)楣ぷ髫?fù)載受限于 ALU。同時(shí)，其他處理過(guò)程是 TPU 密集型的，同時(shí)也是帶寬密集型的，因此增強(qiáng) TPU 并不會(huì)有幫助，因?yàn)闆](méi)有足夠的帶寬來(lái)滿足額外的 TPU 吞吐量，因此性能不會(huì)得到提升。

我們的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)后處理工作負(fù)載以及計(jì)算圖像處理工作負(fù)載具有以下特點(diǎn)：

• 在一個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行規(guī)則的處理/采樣，有大量的采樣點(diǎn)重復(fù)利用，這些采樣點(diǎn)命中紋理緩存；

• 對(duì)單一渲染目標(biāo)/紋理進(jìn)行2D采樣，不涉及層次細(xì)節(jié) (LOD) 和透視。

上述兩個(gè)特性促使我們?cè)?D系列 GPU 中實(shí)現(xiàn)了新的 TPU 模式，可以使性能翻倍，但僅當(dāng)硬件檢測(cè)到這些特性時(shí)才生效。第一個(gè)特性是重要的，因?yàn)槌Ｒ?guī)的采樣加上樣本重復(fù)利用率高（例如，移動(dòng)窗口濾波器）可以避免帶寬限制。第二個(gè)特性也是重要的，因?yàn)樗刮覀兡軌虮３种貜?fù)邏輯的數(shù)量較低，避免所有 TPU 邏輯均翻倍的前提下，提供峰值吞吐率翻倍的效果。

這種方法的結(jié)果是適度增加了TPU 的大小，但在策略生效的情況下性能翻倍，同時(shí)保持與總體特性相平衡。IMG D 系列 GPU 實(shí)現(xiàn)了真正的加速，并避免了 ALU 和/或帶寬瓶頸情況，這些情況下 TPU 已經(jīng)足夠快。這意味著對(duì)于某些類型的處理，DXT-48-1536 將有效地表現(xiàn)出等同 DXT-96-1536的性能，每時(shí)鐘處理雙倍數(shù)量的雙線性濾波紋理樣本，與前代 CXT-48-1536 相比則可提供兩倍的執(zhí)行速率。

作為示例，下圖顯示了一個(gè)典型的手機(jī)游戲及其渲染過(guò)程。頂部的條形圖從左邊開(kāi)始，顯示了各種 Vulkan 渲染過(guò)程，其中包含幾個(gè)預(yù)處理過(guò)程，通常用于陰影貼圖，對(duì)深度測(cè)試單元造成很大壓力。渲染的第二階段是主場(chǎng)景，本例中是一個(gè) GBuffer 渲染過(guò)程和一個(gè)光照過(guò)程。我們可以看到，這是幀處理時(shí)間的主要部分，ALU和 TPU 的負(fù)載相對(duì)均衡；這通過(guò)紅色曲線（TPU 負(fù)載）和綠色曲線（ALU 負(fù)載）表示。我們可以看到，隨著時(shí)間的推移，兩者都顯示出平均利用率，這對(duì)于主場(chǎng)景來(lái)說(shuō)是典型的，其中 ALU 和 TPU 工作的混合比例平衡。

最讓我們感興趣的渲染過(guò)程是最后一組，即后處理過(guò)程。通常，這是在之前的主渲染過(guò)程之上應(yīng)用光暈、模糊等許多 HDR 風(fēng)格后處理效果的地方。在這個(gè)區(qū)域值得注意的是，紅色的 TPU 曲線在很多情況下都升高，而綠色的 ALU 曲線卻非常低。這表明 TPU 單元造成了處理瓶頸——而這正是 2D 雙速率 TPU 設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)題。它為這些工作負(fù)載將 TPU 的速度翻倍，從而將渲染時(shí)間減少了一半，加快了幀渲染的速度。