ARM Nathan:游戏品质拔高 硬件需升级

GameLook报道/ 6月5日，2015年第三期GameLook开放日‧虚幻引擎专场活动在上海正式举行，此次活动由Epic Games与GameLook联合主办。

在游戏开时，要考虑到硬件结合、硬件加速，降低功耗等问题，只有高端的硬件配置才能提升游戏品质，很多技术方面的问题是无法通过软件解决的。ARM作为微处理器的知名企业，在市场上有着很高的占有率。那么如何通过ARM来解决功耗、软件图形解码等方面的问题呢？此次活动，ARM公司Nathan li和Epic Games高级技术工程师王袮，详细分享了ARM在硬件设计架构和用UE4A如何在ARM上进行引动平台上进行软件图形处理。

随着行业的发展，用户对产品的品质要求越来越高，这意味着硬件配置急需升级。现在手机内存越来越大，32位显得有些跟不上时代的脚步，未来的移动高端设备需要更高的配置和可塑性，不仅要在原先的基础之上让用户感到容易上手，更要在功能上给与用户更好的体验。

“ARM前几年就研发了64位的CPU架构。未来可能有一些高端的移动存储设备，内部直接放一个ARM的SOC或者 CPU，能够做非常快地加密、解密的运算，同时又给大家提供灵活性，比起专用的VSP的相片来说的话，有更广泛的扩展空间。为了给移动用户最舒适、最平滑的体验，我们在硬件上针对应用程序的梯度做出不同等级的产品，不同等级的产品整合在一起快速切换，给用户平滑的体验。” NathanLi 现场说道。

众所周知，用手机硬件做图形解码会有许多问题，可是怎样解决，EPIC高级技术工程师王袮解释道：“ARM开发出了ASTC，从字面意义上理解就是适应性非常广的，可以通过调整它的效果和压缩率找到一个平衡的压缩格式。”

以下是现场演讲实录：

Nathan li：ARM是做什么的？ARM公司是一家知识产权（IP）供应商，以只向合作伙伴转让设计方案成为其最大特点。

移动设备内存增大  CPU升级

近两年，ARM也有新的CPU和GPU产品出现。后面到底有什么故事？对于广大游戏开发者来说，加一些新的产品或者新的移动设备意味着什么？

80年代中期，ARM还未成立，在英国剑桥的一家小公司Acorn的基础之上慢慢变成了ARM（Advanced RISC Machines）的这家公司。90年代中期，诺基亚大规模采用了ARM架构的CPU在手机上，伴随着诺基亚的成功ARM的架构也流行起来。

首先，最早从苹果的设备上看到64位CPU的架构叫ARMV8—A，是ARM第一代的64位的CPU架构，这种架构的模式是直接从之前比较成功的Cotex—A32位的基础上发展而来。

ARM之前的架构是“ARM—”加一个数字代表产品，后来用单独的Cortex为产品命名，比如说Cortex-A15、Cortex-A17等，都是之前比较成功的。前2、3年问世的中高端手机或者平板上，会运用到这样的一些架构。我们比较熟悉的是依据这样的架构所制作的SOC，以及这款SOC来驱动的手机和平板电脑产品。如今手机内存越来越大，比如3G、安卓上面的标配，很快32位显得有些跟不上时代的脚步，前几年ARM就研发了64位的CPU架构。

内置SOC架构   灵活性、扩展空间兼备

ARM设计的AArch32，代表在V8向下兼容的一套方案，32位的应用程序操作系统都可以完美地运行。AArch32的架构是从64位里摄取了一些新的思想，特别是对浮点数的支持。所以相较于真正的32位，在同样的情况下执行速度可以更快一些，但这依赖于编译器做出相应的优化。

目前看来，64位的问世，苹果和安卓阵营都在积极推进。所以在实测中，64位产品确实会比32位的产品在同样的时钟频率下，达到更高一些的performance。

另外一方面是针对加密、解密的，ARM提供跟随VA一起问世的指令级，专门用于处理加密的。经过实测，发现使用这样的指令优化的程序，在做加密相同的工作的时候，可以达到3—10倍performance的提升。

未来可能有一些高端的移动存储设备，直接内置一个ARM的SOC或者 CPU，能够做非常快地加密、解密的运算，同时又给大家提供灵活性，比起专用的VSP的相片来说的话，有更广泛的扩展空间。

ARM开发大小核    组合CPU、GPU提升性能

如今移动设备上的应用程序和游戏是分等级的，每种应用或是游戏对系统的要求有一个梯度。最高端和最低端的产品，要求的使用频率和使用核数也不尽相同。基于这样的想法，ARM推出的大小核(Big.LITTLE)的技术。

移动设备上最关键的，除了性能，对用户体验很重要一点是发热和电磁受敏，所以研究功耗非常重要。因此ARM想到，在硬件上针对应用程序的梯度做出不同等级的产品，不同等级的产品整合在一起快速切换，给用户平滑的体验。当用户在处理一些要求不是很高应用时（上网、浏览网页、打字），只需要小核运行。某些产品不需要大核也能运行，可以由多个小核组合，同样也能达到运行要求。

但是对于重度游戏，特别是对于做虚幻引擎开发的同学来说，可能想用一些更加吸引人的、高端的content，这时候大核就能体现出价值了。对于应用程序，因为ARM提供额外的辅助，使得用户做编程的时候更加简单，同时更好的发挥多核的优势。

随着时间的推移，未来的用户能够从系统级别上会看到更多针对多核的优化，比如说EPA层次（苹果推出Metal），实际上OpenGL将来会变成Vulkan，新的EPA都是想尽可能减少software的overheat，使大家更好地发挥CPU多核的优势，在同样的GPU的情况下，甚至能够达到50%performance的提升。按照这样的想法，可以把CPU和GPU看成一个整体，更好的组成在一起。

Mali架构支持OpenGL ES3.0以上 减少内存搬运

ARM的GPU并不是很多人都了解，不过提到CPU很多人都知道，当然CPU是公司成立之初就开始做的。在安卓市场上，我们是No.1的GPU的授权。就拿ARM的合作伙伴三星来说，他们的制程技术比较先进，在最近的高端手机S6和S6Edge上，三星用最新的7420做的SOC，也是第一个在做14nm GPU的产品。

ARM对外部的Mali架构，一般都是支持到OpenGL ES3.0以上的标准。Task  Management的组件，是一个放在GPU里面缩微的高度简化的CPU部分，它负责任务的调度，其它多个核之间的共同工作。

在移动设备上是Tile-based rending，简单来说把屏幕分成小块，就像马赛克的网格一样，每次是针对某一个小块进行渲染，但是这个渲染内容有必要更新到屏幕上，把内容写到memory里面去。在移动设备上，内存搬运是很耗电的，为了减少内存搬运，其他的时候都是做高度缓存，这样我们会减少很多内存搬运。

目前市面上还没有T880的高端设备，最高端的是三星的一款T760产品。其实T880和T760（杂核）之间的架构差不多，只是T880有更高的使用频率，性能更好一些。在终端产品上，Mali72的GPU上只有两条流水线，这是根据不同产品定位划分的。

自研引擎用户可获技术支持

实际上一个Shader  Core支撑256个并发的线程，如果经过一些优化可以更好，也就是不必发生很多数据的等待。Epic对这方面做过不少工作，如果是自研引擎的用户，或者对引擎深度优化的用户会了解很多支持，ARM也会提供支持。

ARM有一款中低端设备产品Mali400和Mali450，但是这款产品的功耗性能很高，最高是支持到OpenGL ES2.0。在这种架构产品里面，硬件实现性方面是分离的，这样两个不同的单元各司其职，工作起来相互不干扰。缺点是设计的这种容量的同时可能就是一种浪费，因为游戏中不一定能用上。

Mobile平台存在独有特点  

在应用程序方面，光照是游戏里最最关键的视觉效果如果使用Deferred Shading的技术去渲染场景里的光照，先产生一个G-Buffer，再算difuuse、Normals等，最后把这些结果合并起来。

对于游戏开发者来说，粘性技术并不是非常陌生，特别是在PC和Console的平台上发展比较完善。但是PC、Console平台和移动平台有什么区别呢？其实最重要的区别就在于带宽，高端典型的PC和Console内存带宽可能达到Mobile平台上的的上百倍。如果用同样的技术，在高端平台上跑起来非常流畅，效果很好，但是将同样的技术放在Mobile平台就完全不可以接受。

Mobile跟PC、Console比起来可能算是低端平台，但并不是低端平台就一定低，Mobile平台存在独有的好处和特点。在移动平台上，可以渲染很多小块，128—bit一个Pixel  data，表示同一个象素可以采样4次，在Mali的GPU上面并不会受到任何性能损失。

针对这些特色ARM做了拓展，提供给用户一个新的feature叫Pixel local storage。在这个基础上开了一条新的通道，也就是可以直接去访问已经存好的数据，而且数据结构可以通过一个扩展的Sharder定义它，这样可以完全控制的高速缓存。

ASTC对软件图形解码适应性广 

王袮：手机硬件做软件图形解码，问题有两个。一是耗费GPU，二是最终送给GPU的图像不是随机寻址的压缩方式，还是转换成RGPA的原始格式，所以内存占用非常大。

一般来说是由GPU来做硬件支持的压缩格式，类似PBR、EGC，但多多少少都有一些问题。所以ARM开发出了ASTC，从字面意义上理解就是适应性非常广的，可以通过调整它的效果和压缩率找到一个平衡的压缩格式。