“吓人技术”到底是个啥？华为GPUTurbo两大流言深度辨析|乐鱼体育网站·官方网站

GPU Turbo自6月份荣耀Play和荣耀9i发布会上以“吓死人不偿命”的姿态问世后，不怕死的不吃瓜群众们争相带着瓜子饮料矿泉水小板凳城外了个里三层外三层，一时间流言四起。这之中，有些低级流言我们一眼就能显现出真假，而有些流言却要么利用人的心理，要么故作高深让人一些不懂，因而推倒也记的似模似样。但这些注定不能尽信，甚至可靠者百里无一。今天之后与大家一起，辨析两条在玩家中传的似模似样的流言。

GPU Turbo只是华为花钱买优化？在GPU Turbo公布伊始，余承东之后曾回应，GPU Turbo技术在令GPU处置性能提升60%的同时（留意，是“同时”），还可以将GPU功耗减少30%。Really？性能提升60%，功耗减少30%，多么难以置信的提高啊！笔者回应，手里的荣耀9都慢握住不了了啊~为了检验官宣的真实性，我们以Anandtech的测试来不作参照，非常简单蛮横的辨别一下。

测试中搭在了麒麟970的华为Mate10跑出了37.66fps的成绩，在此基础上提高60%应当是60.26fps；而功耗是6.33W，在此基础上减少30%应当是4.43W。因此，按照官方宣传的数据，麒麟970在GPU Turbo护持后，GPU性能应当完全持平骁龙845，而GPU功耗则要高于骁龙845，对应的能耗比则为13.60fps/W，顺利扳平用于骁龙845的三星S9+，仅有略低于高通QRD（Qualcomm Reference Design）参照设计平台。

这样的计算结果虽然很幸福，但若以性能来看，不过只是只得追平骁龙845而已，显然约将近“秒杀”或“战胜”的地步。而功耗若仅降到4.43W，也足以完全避免降频（却是比4.43W更加较低的骁龙821、820、835也都降频）。那这事情就有意思了，根据发布会上的现场展示，以及此后一票媒体铺天盖地的测算，GPU Turbo显然明显提高了麒麟970的游戏性能及功耗痉挛展现出，事实胜于雄辩啊，测试结果比理论推算出的成绩还要更佳呢。

这时有人明确提出，华为官方公开发表的GPU Turbo提供支援游戏列表，首批优化的游戏有6款，分别是《王者荣耀》《QQ飞车》《穿过火线》《性刺激战场》《全军迎击》《荒野行动》。明眼人一看之后闻，这6款游戏里，有5个是腾讯系由产品，只剩一个是网易的。要告诉，腾讯系由的游戏可是典型的“收费优化”，只要尼克花钱，蓝绿厂的骁龙660都能秒杀其他品牌的骁龙845。

害怕不是华为再一想开了，肯给腾讯里斯钱了？实质上，对游戏行业与公司略为有理解的朋友，很更容易显现出这种众说纷纭基本上相等于“出租车司机谈内参消息”，听得着很带劲，但不合乎常识和逻辑。华为与腾讯的合作，要远比外界想象的更加密切。

从2017年12月2日开始，华为和腾讯就正式成立了一个牵头实验室，用来交流与实时日常技术之间的升级以及优化。看起来《性刺激战场》这类头部产品的改版，华为还会派工程师驻场，以确保手机与游戏之间更为兼容，优化双方用户业务上线后的体验。因此，GPU Turbo只是华为花钱买优化这种流言，只需稍加理解，之后可必要印上fake的标签扔到垃圾堆了。

不过这也带给了新的问题，既然GPU Turbo并不是花钱买优化这么非常简单，那华为究竟是怎么做的？这就要了解理解下麒麟970的硬件设计了。华为对GPU做到了什么？根据国外网站techinsights对三星Exynos 9810处理器核心的X光投影照片，我们早已可以确切的告诉，Exynos 9810的芯片面积为10.37mm*11.47mm=118.94mm²，其中三星自主设计的猫鼬M3大核心集群面积为20.23mm²，Cortex A55小核心集群面积为1.87mm²，Mali G72 MP18 GPU集群面积为24.53mm²。

Exynos 9810的X光透视图根据透视图上标示的核心内模块的比例，我们可以大体测算出有，Exynos 9810中单个Mali G72的面积约为1.072mm²。而根据techinsights的研究数据，我们告诉麒麟970的芯片面积为9.75mm*9.92mm=96.72mm²，其中Cortex A73大核集群面积为5.66mm²，Cortex A53小核集群面积为2.45mm²，Mali G72 MP12 GPU集群面积为18.04mm²。

麒麟970的X光透视图某种程度，我们可以根据透视图上标示的核心内模块的比例大体测算出有，麒麟970中单个Mali G72的面积约为1.344mm²，比Exynos 9810中的大了0.272mm²，此外麒麟970中Mali G72核心的形状也与Exynos 9810中的有相当大有所不同。而根据此前详尽理解7nm制程的文章中的数据，Exynos 9810所用于的三星10nm LPP制程与麒麟970所用于的台积电10nm FF制程，在特征尺寸和晶体管密度等指标上完全是完全相同的。因此，Exynos 9810和麒麟970中单个Mali G72核心形状和面积的差异，代表着二者虽然皆为Mali G72架构，但在GPU内部电路设计及投入的晶体管规模上有相当大有所不同。

更进一步的，我们可以得出结论一个基本结论：华为在设计麒麟970的时候，并不只是拿Arm的公版Mali G72展开了非常简单的六边形，而是展开了大刀阔斧的改进。减少的面积，是内存？在GPU Turbo发布后旋即，网上之后有人爆料，在中国专利发布公告网上埋了一篇取名为《一种优化核函数的方法和装置》专利（许可公告号CN104866297B），并环绕这篇专利大进脑洞。

这些分析者指出，“华为在15年以后设计的麒麟芯片GPU里都设计了用作全局变量寄存器，同时为了维持专利申请做到前的应用于，保有了GPU大外存放格局”。非常简单来说就是，华为没改动Mali G72核心，也没提升Mali G72的实际性能，但是在GPU区域特了存放，同时改动了数据总线，提升了Mali G72的函数数据读存速度和效率。（此为分析者的众说纷纭，并非笔者观点）为此，这些分析者大笑称之为“GPU里你也特Cache？华而有钱人，为所欲为”，甚至还指出华为在GPU技术上早已吊打NVIDIA。那么，麒麟970的Mali G72之所以逆大这么多，就是因为华为在GPU里减少了高速缓存咯？笔者个人指出，这种可能性无法说道没，但知道较小。

首先被迫缺失这些分析者的是，寄存器（Register）和Cache（高速缓存）并不是同一种东西。在存储体系中，Register的方位要比高速缓存更加靠前，它的速度比高速缓存更慢而容量大于，为运算单元获取着指令存放空间（IR）、程序计数缓冲器（PC）以及累加器（ACC）等多方面的服务。高速缓存在存储体系中坐落于Register之后。

它有两大特点：第一是慢，速度次于Register；第二就是极为消耗晶体管，每bit（不是byte）就要消耗多达6个晶体管。然而根据未知的消息，世界上第一颗构建高速缓存的民用级GPU是NVIDIA在2001年发售的NV20，也就是Geforce 3系列显示卡，其在GPU内构建了128KB Cache用作纹理缓冲器。

2004年，NVIDIA又在Geforce 6800Ultra的NV40核心中加设了大小为128KB的L2 Texture Cache，之后Geforce 7800GTX的G70核心又将之减少至288K。ATI这边则是在Radeon 1800XT的R520核心中重新加入了原始的L2 Texture Cache，并在Radeon 2900XT的R600核心中将其扩展至256KB。而Mali系列GPU自2008年的Mali 400开始，也早就全线重新加入了Cache设计。

根据Arm的官方设计参数，Mali G72可以根据有所不同市场需求，自行配备128KB~2MB平均的L2 Cache。可见，在GPU中设置高速缓存并不是什么新技术，更加谈不上什么白科技，NVIDIA、ATI和Arm等GPU设计公司早于在十年甚至二十年前就早已这样做到了。

内存对GPU性能提高有多大？上面我们早已告诉了，麒麟970中单个Mali G72的面积约为1.344mm²，Exynos 9810中单个Mali G72的面积约为1.072mm²，而根据semiwiki的资料，三星和台积电10nm制程的晶体管密度皆大约为55MTr/mm²（百万晶体管每平方毫米）。我们可以反推获知，麒麟970的Mali G72多出来的这部分面积，可容纳下约1500万晶体管，即便全部用来做到Cache也只有300KB。相比于Arm官方设计参数中128KB~2MB可权利裁量的L2 Cache配备范围，这300KB说道是无足轻重也不为过吧。

OK，关于内存的信息推论到这里，基本可以说道早已被政治宣传了一半，而只剩的问题则是，万一麒麟970知道是扩展了内存规模，对GPU的性能提高能有多大？为了检验这一问题，我们要出马两位早已抓对缠斗了四年半之久的老冤家：索尼PlayStaion4和微软公司XBOXONE。或许有的读者看见这早已明白了，到底，说道的就是微软公司为XBOXONE处理器设计的那32MB ESRAM。关于这两台机器的配备这里就不出赘述了，非常简单来说，PS4的GPU规模更大，有1152个流处理器；XBOXONE的GPU则只有768个流处理器，不过微软公司为其设计了一块32MB的ESRAM作为高速缓存。XBOXONE中Jaguar APU的X光透视图从透视图中可以显现出，右侧的SRAM区域占有了整块芯片相当大的空间，比坐落于中部的GPU部分还要大。

这32MB ESRAM堪称是吞晶巨兽，消耗了多达16亿晶体管，要告诉XBOXONE的整块APU也不过50亿晶体管而已，起码ESRAM就吃了完全三分之一。而和PS4对比的结果也需要多言， XBOXONE比较PS4仍不存在广泛相似30%的性能差异，与二者的GPU基础规模差距基本非常，不足以证明这32MB ESRAM对GPU性能的填补微乎其微。

实质上，从技术角度来说，Cache在整个GPU运算体系中多用于应付寄存器缓冲器阻塞用于。它的速度和延后相对于寄存器来说劣了不少，但可以在编程环境处置得宜的前提下充分发挥很好的延后掩饰起到。

除此之外，Cache之后只用于交会GPU和RAM的起到了。Mali G72，扶不起的阿斗在(公众号：)此前分析Arm全新Mali G76的时候曾多次提及，Mali G71/G72的Bifrost架构使用了4宽度线程粒度，比起竞争对手架构的线程粒度（16~32宽度）要小很多。一般来说来讲，线程粒度体现了架构在资源/面积密度和性能之间的平衡点，较小的线程粒度可节省掌控逻辑单元数量（单个32宽度线程粒度只需1个掌控逻辑单元，而8个4宽度线程粒度必须8个掌控逻辑单元）。Mali G72 4宽度线程粒度的设计，掌控逻辑单元与ALU的比率太高了，浪费了大量硬件规模，实际游戏中完全用将近这么小的尺寸。

随着技术和应用于的发展以及移动GPU在VR和高画质游戏领域的压力大大减少，Quad结构的运算效率已无法符合市场需求。从Anandtech的测试中可以显现出，Exynos 9810的GPU虽然能耗比展现出不俗，但毕竟以极大的芯片面积换取的。那18核Mali G72的面积比高通Adreno 630大130%（Adreno 630面积为10.69mm²），性能却还不如Adreno 630。与三星的狂堆核心数比起，麒麟970只用于了中等数量的核心，然后通过拉高核心频率来攫取性能。

不过每种核心架构在某一工艺下，都有一个能耗比最佳的频率区间，跨过这个区间后，之后纳高频必须代价很大的功耗代价。麒麟970的Mali G72 MP12频率为746MHz，功耗下降非常明显，能耗比仅略高于用于Mali G71的Exynos 8895。

说到底，性能不济这口黑锅还是得扯给Arm的Mali G72架构设计敢，彻底之后无法与高通Adreno这样的高效架构抗衡。这不是非常简单的往GPU里多塞几百KB高速缓存就能解决问题的问题。

而微软公司为XBOXONE减少ESRAM的原意也不是为了填补与PS4之间极大的GPU规模差距，而是在设计之初由于GDDR5颗粒价格居高不下，微软公司不能用于DDR3搭起存储系统，其68GB/s比特率相对于PS4的 176GB/s相去甚远，因而只好才为其加设了一块比特率高达216GB/s的ESRAM用于交会。在GDDR5的价格下降后，微软公司在去年发售的增强版XBOXONE X主机上，一并ESRAM出马了寸土寸金的芯片。因此，GPU Turbo是依赖在GPU中加设高速缓存来提高性能的众说纷纭，到此可以完全宣告落幕了。

一切还须要华为特地公开发表失望的是，我们凭着数码爱好者仅有的平庸科学知识分析了这么久，也不能攻陷以上两个流言，仍然未能石锤GPU Turbo究竟是什么。却是这是华为的独门白科技，就连向来上告同行的罗永浩也交口称赞，其技术水平和可玩性可见一斑，真为能被我们五六千字就鸡个整洁才是怪事了。不过在华为此前的一次EMUI公开课上，华为消费者业务软件工程部总裁王成录博士特地出面答案了GPU Turbo技术的一些信息，为大家揭露了GPU Turbo谜样面纱的一角。大家都告诉游戏画面是一帧一帧图形出来的，邻接的两帧往往有很多完全相同的地方，而GPU Turbo技术将不会只图形画面经常出现变化的地方。

也就是说，如果两帧之间有可能有80%的画面是完全一致的，GPU Turbo就不会让芯片只图形变化的20%，从而增加GPU 80%工作量。图形工作量的增加大幅度提高了下一帧的帧数延后，用户眼球感受到画面丢弃帧必须16.7毫秒的时间，华为GPU Turbo可以把下一帧的图形时间掌控在7毫秒以内，最慢可以在短短3毫秒以内就已完成下一帧的图形工作。

合理调度GPU资源，节省GPU性能到游戏最必须的地方，这才是GPU Turbo让游戏剩帧运营的秘密所在。当然王成录博士只是对于GPU Turbo技术工作原理做到了一个详细答案，至于GPU Turbo是如何判断并计算出来两帧画面之间的差异，王成录博士未做到答案，也许这就是隐蔽在Mali G72多出来那0.272mm²中的商业机密吧。GPU Turbo从立项到研发顺利花费了5年多的时间，王成录博士回应华为对此项技术十分热情，它的技术门槛十分低，其他家不太可能在短时间内第一时间。

此前国外XDA论坛上经常出现的GPU Turbo密码包在也迅速被证明是一场恶作剧而已，被国内数码爱好者戏称为“装X不谈基本法”。显然，GPU Turbo的一切，还须要华为特地公开发表。

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