為了提升移動VR體驗，ARM都做了哪些工作？

眾所周知，在PC市場英特爾的X86架構可謂是獨步天下，但是在移動市場ARM卻是老大。

資料顯示，ARM架構的晶片已經占據整個移動市場95%左右的份額。

據了解，目前搭載ARM架構處理器的智慧型手機已經超過了30億台。

同樣，在目前火熱的VR市場，ARM也希望在移動VR這塊複製手機市場的成功。

據虛擬現實研究機構kzero的數據顯示，預計到2018年VR設備的出貨量將達到5680萬台。

ARM認為，面對VR這樣一個全新的市場，將是一個全產業鏈的新機會。

不過，相比PC級的VR設備來說，移動VR設備在體驗上確實要落後很多。

為了進一步提升移動VR的體驗，ARM現在也開始發力了。

在本月中旬在北京召開的ARM Tech Day上，ARM對其在VR市場的布局進行了詳細的介紹。

VR體驗的關鍵指標

我們都知道「眩暈感」是目前VR所面臨的一個非常大的問題。

而要想解決這個問題，則需必須要達到一些硬性的指標。

ARM認為提供高端的VR用戶體驗關鍵指標需要達到:（1）、圖像刷新率要達到120Hz；（2）、螢幕解析度達到4K；（ 3）、圖形處理的延時小於4ms ；（4）、4倍的多採樣抗鋸齒性能。

顯然，要想達到高端的VR體驗，這對於CPU、GPU等等多方面都提出了更高的要求。

但是，現有的移動晶片基本上都難以滿足這樣的要求。

不過ARM最新推出的CPU核心Cortex-A73以及GPU核心Mali G71則有望解決這個問題。

ARM也坦言，目前Cortex-A73 + Mali G71是最為適合移動VR設備的組合。

更高效「持久」的處理器核心：Cortex-A73

在5月30日，ARM正式發布了代號為Artemis的全新一代旗艦級CPU架構——Cortex-A73。

官方宣稱Cortex-A73是迄今為止面積最小、最高效的ARMv8-A 64位核心。

在此次的ARM Tech Day活動上，ARM處理器部門技術總監兼研究員Peter Greenhalgh為我們詳細的介紹了這款處理器。

Peter Greenhalgh稱，Cortex-A73在微架構上做了很多的優化，不僅兼容之前的指令集，可以與A53/A35組合，而且還支持雙發亂序執行、支持128bit總線，最高可支持1TB內存。

此外，A73還在發射隊列和平衡算法上做了提升。

完全雙發射亂序的存讀取機制，一級和二級緩存做了預取機制，可持續讀取數據，且不會有性能丟失。

A73相比A72在BBench性能上提升了10%，NEON上提升了5%，內存讀取性能上提升了15%。

所以，在10nm工藝的情況下，A73整體性能比A72提升了30%(微架構上提升了10%，在可持續上提升了額外的20%)。

這裡需要特別指出的是，相比之前的A72、A57等大核心來說，A73在性能上擁有非常強的可持續。

比如A72在跑分時會維持比較高的頻率，但是很快晶片溫度就會上來，CPU過熱就會自動降頻，性能也會大大下降。

而A73由於本身就是一個非常高效的核心，功耗也比較低，所以可以在長時間的維持在高性能的狀態。

而且在同樣製程的情況下，A73功耗比A72還要低20%。

此外，A73也支持big-LITTLE架構，可以與A53和A35組成大小核，與八核A53相比，A73雙核+A53四核在多核性能上可以提升30%，單線程的性能可以提升90%。

在晶片面積上，A73也是ARM目前最小的核，單核只有0.65mm²。

在同樣的製程下，A73面積比A72要小25%，10nm的A73面積要比16nm的A72要小46%。

die size的縮小，也意味著功耗和發熱的進一步降低，同時客戶在晶片成本上可以得到一定的降低。

從上面的介紹，我們不難看出，A73的特點在於高效能、低功耗、晶片面積小、性能可持續性。

而VR設備在使用時，很多時候都是需要長時間維持在較高的性能的狀態下，而且對於功耗和發熱要求也比較高。

顯然這些特性都使得A73非常的適合應用在VR設備上。

另外，由於10nm製程還沒有那麼快量產，所以A73還針對積電16nm FinFET Compact工藝實現了優化，這也使得有助於ARM的SoC合作夥伴可以更低的成本，更快的、更穩定的推出基於Cortex-A73的產品。

同時，優化的Cortex-A73 POP解決方案還將進一步幫助晶片廠商促進自身核心技術實施，並縮短流片周期。

更強的圖形及多媒體處理器

隨著手機設備的解析度越來越更高，用戶對於顯示效果的要求也越來越更高，特別是對於VR設備來說，要想擁有良好的體驗，這方面的要求將會更高，所以ARM推出了全新的GPU微架構——「bifrost」。

Mali-G71則是首款「Bifrost」架構的圖形處理器，代表了高端移動圖形技術的全新水準，同時仍然維持著超高的能效，非常適合下一代高端應用，比如大型遊戲、移動VR等等。

Mali-G71的配置非常靈活，核心數量最少1個，最多可達32個，二級緩存128-2048KB，相比於此前最高端的Mali-T880系列，Mali -G71的能效可提升20％，它的性能密度可提升40％，外部內存帶寬可節省20％。

據ARM介紹，Mali-G71是一款面向高端市場的GPU，16核心的Mali-G71在圖形性能上已經追平了2015年中端的獨立顯卡Nvidia GForce 940M，足見Mali-G71之強悍。

與此同時，Mali-G71的核心面積相比之前的產品要更小，同時核心數是可以根據特定產品的性能需求來靈活配置的，對於圖形性能要求較高的產品，比如VR設備，可以配置更多的核心數。

ARM稱Mali GPU是實現VR體驗的最佳助力！

除了GPU之外，ARM Mali多媒體IP組合中還有視頻處理器和顯示處理器。

ARM的Mali-V550是全球第一款單晶片單核心即可同時支持H.265 HEVC格式視頻編碼、解碼的方案(上代V500是單晶片H.264編解碼)，單核心可以最高支持1080p/60fps，如果堆疊八個核心則可支持4K/120fps。

Mali-V550同樣也支持AFBC幀緩存壓縮技術 （ARM's Frame Buffer Compression），可以大幅減輕內存帶寬壓力，提高能效。

對於VR設備來說，Mali-V550可以同時支持雙路視頻流輸出。

而即將推出的Mali Egil視頻處理器，將進一步完善了HEVC編碼支持，並為VP9提供完整的編碼/解碼支持。

對於色深的支持也由原來的8bit達到了10bit。

今年一月，ARM還推出了號稱擁有最強性能、最高能效的顯示控制器「Mali-DP650」，相比於上代Mali-DP550，它將AXI總線位寬翻番到了128-bit，支持MMU預取、更多的4K複合層，對內存延遲的處理也更好。

此外，Mali-DP650還重點強化了對設備螢幕解析度的支持，能輕鬆支持4K解析度60fps幀率。

同時，Mali-DP650還支持分屏顯示模式功能。

ARM稱，Mali多媒體IP組合可支持自適應可伸縮紋理壓縮(ASTC)以及幀緩衝壓縮(AFBC)，針對VR設備可大幅縮減近50%的系統帶寬需求，並可跨多個核心進行完整的效能調整，提供高畫質解析度以及節能效果。

支持全新Vulkan API

2016年2月16日，Khronos Group發布了Vulkan API的首個正式版本，它將是一個跨平台、高效能、免費的開放API標準。

被認為是一個真正意義上能與OpenGL、Direct3D分庭抗禮的全新圖形接口項目。

2016年4月，Google在第二個Android N的開發預覽版中正式加入了Vulkan的支持。

Vulkan將率先應用於類似Unity和Epic Games這樣的3D遊戲開發和VR引擎的製作團隊。

這些引擎只需要添加一個Vlukan後台，即可大大提高GPU利用率。

Vulkan可以將計算核心和圖形著色渲染進行統一管理，無需使用單獨的計算API和圖形API進行連接。

開發者可以花更少時間做開發和優化。

對於VR設備來說，「延遲」是一個非常影響體驗的問題。

而Vulkan的優勢則在於，可以讓軟體開發者創造更快更低延遲的VR體驗。

相比Open GL，由於Vulkan更加簡潔，所以可以減少可導致低頻干擾的繁瑣調用步驟。

此外，Vulkan還可以帶來更低的功耗，減少對電池的壓力。

作為Khronos Group成員，現在ARM其高端Mali系列都已經開始支持全新的Vulkan API。

ARM稱，Vulkan將幫助開發者進一步發揮Mali系列GPU的性能，同時也將會為基於Mali系列的VR/AR產品帶來更出色的體驗。

ARM認為未來Vulkan將會替代桌面的OpenGL和移動平台的OpenGL ES。

Mali VR SDK

為了便於VR產品開發者進一步挖掘Mali的性能，ARM還推出了Mali VR SDK，可以幫助開發者更快的創建VR應用，同時進一步提為用戶帶來更高的性能和視覺體驗。

據了解，Mali VR SDK完全基於NDK和OpenGL ES 開發，無需任何額外的引擎與中間件支持。

Enligten動態全局光照技術

除了提供適合VR的硬體與技術之外，ARM還有針對VR內容開發的一項技術——Enligten動態全局光照技術。

Enlighten光源引擎技術是由Geomerics公司設計的首款針對計算機繪圖的實時全局光影技術，早在2013年12月，ARM就正式收Geomerics公司。

由此，Enligten成為了ARM力推的一項技術。

Enligten動態全局光照技術可在 3D繪圖中創造先進且逼真的光影效果。

目前典型的繪圖應用僅限於簡單、直接的光影效果。

而透過採用全局光影技術，如複合反射效果、折射、陰影等先進特效，可提供更逼真的繪圖質量。

製作擬真 3D 視覺化的最大挑戰，就是呈現光影所需耗費的時間。

以往變更場景中的物件後，都要花上好幾小時才能看見成果。

Enlighten技術能為客戶提供完全動態的使用體驗，大幅縮短呈現照明效果所需要的時間。

《星際大戰：戰場前線》(Star Wars Battlefront) 、《完美世界》等大型3D遊戲中都採用了 Enlighten的動態全局光照技術。

今年5月ARM還宣布已將Enligten技術授權給澳洲公司 Yugen，用來製作VR版的樣板房。

隨著VR市場的興起，Enligten也將成為VR領域的一項重要技術。

小結：

以ARM對於高端移動VR體驗的標準來看，目前的大部分移動VR設備體驗都還是在初級階段，只能拿來看看3D/全景視頻，玩玩小遊戲，根本無法與X86架構的主機/PC級的VR設備相提並論。

當然移動VR也有其自身的優勢，比如更輕便便攜、價格更實惠等。

但是不同於其他品類的產品，對於VR設備來說，體驗才是最為重要的。

而通過上面的一番介紹，我們也能看到，為了提高移動VR設備的體驗，ARM也確實做了非常多的工作，而且涵蓋了多個層面，這些對於下一代移動VR設備的體驗的提升將會帶來很大的幫助。

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作者：芯智訊-浪客劍

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