3.3 主流手机GPU大PK

GPU一词是由英伟达（NVIDIA）在1999年提出来的，其相当于专用于图像处理的CPU，使用GPU在处理图像时的工作效率会远高于通用CPU。在PC时代，带有优良性能GPU的显卡是游戏玩家在购买PC时主要考察的方面之一。

在智能手机硬件飞速发展的今天，主频高达1.5GHz的八核处理器已经成为高端智能手机的标准配置，目前已经有多款搭载1.5GHz以上8核处理器的Android智能手机上市。在处理器效率的提升以及3D手机游戏的带动下，手机内置GPU的性能也成为了一个衡量手机性能的重要标准。

3.3.1 手机GPU四大家族对比

Android平台中，由于没有统一的硬件标准，导致了各厂家，各型号手机的硬件配置大不相同。目前应用在手机和平板电脑端的GPU主要由4家公司执行设计—英伟达、Imagination公司、高通公司和ARM公司。其中，ARM和Imagination公司并不进行GPU的实际生产，主要出售芯片设计技术（IP）的授权。下面将对这4家公司出品的移动GPU逐一进行介绍。

1．PowerVR Rogue系列

PowerVR Rogue是Imagination公司最新一代PowerVR架构，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架构基于一系列可扩展的计算集群，旨在应对从IoT到顶级性能嵌入式图形市场日益严苛的需求，包括智能手机、平板电脑、游戏主机、汽车、DTV等。

❑ PowerVR Series6系列的主要型号为PowerVR G6400、PowerVR G6430、PowerVR G6200、PowerVR G6230、PowerVR G6630，该系列功能满足甚至超越了对API的要求，例如OpenGL ES 1.x/2.0/3.x、OpenGL 4.x、DirectX10以及所有的主流系统。如图3-32所示的魅族最新款智能手机MX4就是该系列的代表产品。

❑ PowerVR Series6XE系列的主要型号为PowerVR G6050、PowerVR G6060、PowerVR G6100以及PowerVR G6110, PowerVR Series6XE GPU包括数量可扩展的图形和计算集群，旨在满足一些日益壮大、充满活力的市场的要求。运用这些着色器集群组，PowerVR Rogue GPU可在提供一流图形和GPU计算效率的同时，最大程度地降低功耗和带宽需求。

❑ PowerVR Series6XT系列中的PowerVR GX6250、GX6450和GX6650分别有两个、4个和6个着色集群，可显著改善复杂图形和GPU计算性能，目前最流行的iPhone6 plus就是采用此系列GPU—PowerVR GX6450，如图3-33所示。PowerVR GX6240则是精简了PVRIC和ASTC支持的面积优化型双集群产品。

❑ PowerVR Series7XE系列是一组十分高效、功能强大的GPU，其包括世界上最小的兼容Android扩展包的GPU。Series7XE系列在Series6XE系列的基础上构建而成，有单集群和半集群两种配置，在既要求具有价格优势又要求高品质UI的设备上，可以实现最新游戏和App。

❑ PowerVR Series7XT系列的主要型号为PowerVR GT7200、PowerVR GT7400、PowerVR GT7600、PowerVR GT7800、PowerVR GT7900，该系列具有2至16集群配置，提供从100 GFLOPS至1.5 TFLOPS的超强扩展性能，将移动嵌入式GPU性能提高到了一个新高度。

2．Mali系列

ARM公司设计出品的GPU是Mali系列，目前主要型号为Mali-T604、Mali-T624、 Mali-T628、Mali-T760、Mali-T860、Mali-T880等。ARM Mali系列GPU为所有嵌入式图形和视频需求提供了完善的解决方案，使设备制造商和内容开发商能够为最广泛的消费类设备（包括手机、便携式游戏机、智能本和HDTV）提供高质量的尖端多媒体解决方案。

❑ Mali-T604的计算解决方案专门针对可视计算进行设计，通过使用独创的三管道架构，以2D和3D图形高质量可伸缩多核解决方案的trace记录为基础构建。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的流水线在硬件中提供了真正的IEEE双精度浮点数学运算用以支持Full Profile以及Embedded Profile、OpenCL。通过单一驱动程序堆栈为所有多核配置提供的生产质量软件支持简化了应用程序移植、系统集成和维护。多核调度和性能扩展完全在图形系统中处理，应用程序开发人员不需要考虑任何特殊事项。

❑ Mali-T628可从一个内核扩展到8个内核，图形和GPU计算性能高达Mali-T624的两倍。Mali-T628与Mali-T600系列中的其他产品共享主要API支持，包括OpenGL ES 1.1、OpenGL ES 2.0和OpenGL ES 3.x、等。如图3-34和图3-35所示，华为荣耀6系列的手机采用的就是Mali-T628图形处理器。

❑ Mali-T760促进Midgard体系架构进入能源高效的新时代，完全支持当前和下一代图形和计算API，它执行计算密集型任务，如计算摄影、手势识别以及图像稳定等先进技术。

❑ Mali-T860在优化复杂图形和计算内容方面有着卓越的性能效率，可从一个内核扩展到16个内核。Mali-T860在提供了最好的性能的同时，消耗最少的能源，其能源效率提升了45%。

❑ Mali-T880图形处理器是Mali-DP550显示处理器（DPU）和Mali-V550视频处理器（VPU）的理想搭档，能够满足日益成长的4K数字电视和机顶盒市场的要求。

3．Adreno系列

高通的GPU产品主要是Adreno系列，其被广泛应用于高通的Snapdragon平台上。目前的主要型号为Adreno 302、Adreno 304、Adreno 306、Adreno 320、Adreno 330、Adreno 405、Adreno 420、Adreno 430以及即将发布的Adreno 530等。目前应用最为广泛的为Adreno 320、Adreno 330、Adreno 420、Adreno 430。

❑ Adreno 320作为Adreno 300系列GPU中的第一款产品，其同时支持新的图形和GPU计算API，主要包括OpenGL ES 3.0、OpenCL和Renderscript Compute等。图形性能方面，三角形输出率为225M/s，像素填充率为3200M/s。

❑ Adreno 330的计算性能与上一代Adreno 320 GPU相比提升50%，开发人员可以通过创新的统一渲染架构和Adreno图形开发工具获得高端3D图形质量以及高能物理、实时反射和折射等效果。类似这样的功能过去仅能在游戏机系统实现。该处理器还支持OpenCL、OpenGL ES 3.0、Renderscript Compute及其他接口（API），这给开发人员带来很大便利。

❑ Adreno 420在API上面支持OpenGL ES 3.1、OpenCL 1.2以及Direct3D，加入了对OpenGL ES 3.0当中的ASTC纹理压缩技术的支持，可以提供更好的纹理性能。图形方面支持动态硬件曲面细分技术，用更加细小的笔触刻画真实的现实世界。

❑ Adreno 430图形处理器是内嵌在高通骁龙810处理器之中、Adreno 430与用在骁龙805处理器中的上一代GPU产品Adreno 420相比，在性能方面有30%的提升，并在功耗上有20%的下降。已上市的乐视超级手机1 Pro和小米Note顶配版（如图3-36和图3-37所示）。都采用的是Adreno 430图形处理器。

4．GeForce ULV系列

英伟达在智能移动设备上的GPU目前主要是被Tegra系列，目前主要型号有Tegra 2、Tegra 3、Tegra 4、Tegra k1、Tegra x1等。从性能上来看，英伟达的GeForce系列图形芯片在整体上非常优秀，特别是在1080P视频录制和播放方面以及大型3D游戏方面有着非常出色的表现。

❑ Tegra 4内部搭载72个GeForce GPU核心，等同于Tegra 3 GPU运算动力的6倍，因此提供更逼真的游戏经验与更高分辨率的显示画面。

❑ Tegra K1的架构从Tegra 4的GeForce（G70）架构提升至Mobile Kepler架构，Tegra K1与现阶段主推的GeForce Titan GPU架构相同，因此也完整支持OpenGL 4.5、Open GL ES 3.1、DirectX 12、Tesellation与CUDA 6.5。第一台用在移动设备上的是由小米推出的小米平板，如图3-38所示，还有由英伟达公司自己推出的神盾平板如图3-39所示。

❑ Tegra X1是英伟达目前最先进的移动处理器。新的强大的NVIDIA Maxwell架构，不但完整支持OpenGL 4.5、Open GL ES 3.1、DirectX 12、Tesellation与CUDA 6.5等，而且拥有无与伦比的4K视频的能力和更高效的性能。

3.3.2 主流GPU的性能参数比较

上一小节对手机GPU的4大家族做了较为详细介绍，相信读者对PowerVR Rogue系列、Mali系列、Adreno系列以及GeForce ULV系列有了一定的了解。接下来在本小节中将对比各个系列的主要特性参数，具体情况如表3-1所列。

随着Android手机硬件的发展以及OpenGL ES图形编程标准的逐渐完善，编程人员可以使用OpenGL ES 3.x开发出更加绚丽的3D场景，从而满足日益增长的软件需求。