На протяжении нескольких лет журналисты интересовались у представителей компании NVIDIA, когда же возможности современных настольных графических архитектур компании попадут в их мобильные чипы Tegra, и они станут унифицированы по своим возможностям. Представители калифорнийской компании не отрицали того, что работа в этом направлении ими ведется, но во всех предыдущих моделях NVIDIA Tegra использовались видеоядра, основа которых была заложена много лет назад — даже в четвертом поколении чипа, устройства на котором еще даже не появились в продаже.
Тем не менее, было давно понятно, что унифицированное CUDA-совместимое видеоядро с архитектурой Kepler — дело ближайшего будущего для Tegra. И вот настал этот момент — сегодня компания NVIDIA рассказала о будущем решении и продемонстрировала некоторые из возможностей следующего поколения своих мобильных однокристальных систем, находящегося в разработке и известного под кодовым именем «Logan». Первый такой чип появился в реальном воплощении (образцы были произведены для нужд NVIDIA и первых поставок партнерам) всего лишь три недели назад, и пока что очень рано говорить о его финальных характеристиках, но компания решила раскрыть некоторые подробности уже сейчас.
Ведь в эти дни проходит известная конференция компьютерной графики SIGGRAPH 2013, в которой компания принимает непосредственное участие, уже анонсировав мощнейшую профессиональную видеокарту Quadro K6000 и новую серию мобильной профессиональной графики Quadro для ноутбуков. Эта выставка — отличное место для показа графических и вычислительных возможностей мобильной однокристальной системы, GPU-часть которой является наиболее важной составной частью. И пусть реальные продукты на базе Tegra следующего (уже пятого) поколения появятся не ранее 2014 года, будет интересно узнать немного о том, что именно NVIDIA планирует выпустить.
Графические возможности видеоядра будущей Tegra в целом соответствуют настольным чипам архитектуры Kepler. Пока что у нас нет настолько полных подробностей, какие нам бы хотелось получить, но NVIDIA утверждает, что мобильное GPU-ядро следующего поколения Tegra включает 192 вычислительных ядра Kepler и поддерживает как OpenGL ES 3.0 с OpenGL 4.4, так и все возможности DirectX 11, включая тесселяцию, а также NVIDIA CUDA 5.0 и OpenCL. Остается открытым вопрос по поводу версии CUDA 5.5, поддерживаемой топовым чипом GK110 — но мобильному GPU оно не особо и нужно.
Самое главное, что новый мобильный чип намного проще и менее требователен к питанию. На слайде NVIDIA его потребление указано как 2 Вт (в других источниках встречаются данные о типичном потреблении в 2-3 Вт в ресурсоемких задачах), что вполне типично для мобильных SoC.
По данным компании, графическое ядро Logan настолько эффективно, что позволяет получить производительность GPU, известного нам по Apple iPad 4 (то есть, PowerVR SGX 554 MP4, работающего на 300 МГц), при затратах лишь 1/3 энергии в аналогичных условиях. В целом, если брать мощность мобильных графических ядер, то на диаграмме NVIDIA хорошо заметен скачок в iPad 4, но с выходом «мобильного Kepler» ожидается еще более мощный прирост в скорости:
На диаграмме показана относительная производительность различных мобильных GPU, замеренная в стандартном тесте GLBenchmark. Без текстовой отметки осталось решение на базе Tegra 4, намеченное на середину 2013 года, а еще более интересны показатели графического чипа Sony PlayStation 3 (PS3) и GeForce 8800 GTX, отмеченные на графике. По данным NVIDIA, в следующем году графическая мощность мобильных устройств, основанных на следующей Tegra, превысит производительность одной из игровых консолей текущего поколения, а также превзойдет 3D-возможности настольной видеокарты семилетней давности.
Для наглядной демонстрации мощи GPU-ядра Kepler, который будет включен в состав следующего поколения Tegra, была показана уже известная нашим читателям демо-программа имитации человеческого лица и мимики — FaceWorks Ira. Это — одна из наиболее детализированных имитаций человеческого лица, которая была впервые показана на GTC 2013 несколько месяцев назад в качестве демонстрации возможностей лучших настольных решений, а теперь она спокойно работает на референсной планшетной платформе Logan:
Конечно же, на мобильном чипе демо-программа работает со многими упрощениями. В оригинальной Titan-версии используются очень сложные многопроходные шейдеры для имитации кожи, содержащие более 8000 инструкций и по 161 отфильтрованных текстурных выборки на пиксель, что делает поверхность кожи и освещение столь правдоподобными.
Понятно, что в чипе с потреблением в 2-3 Вт обработка 5 триллионов операций с плавающей запятой в секунду просто невозможна на сегодняшний день. Но все основные эффекты остались: полноценный HDR-рендеринг, сглаживание методом FXAA 3.0 и даже подповерхностное рассеивание (subsurface scattering), служащее для имитации распространения света через полупрозрачные ткани человеческого организма, которое и делает кожу столь реалистичной.
В случае мобильной версии демо-программы Ira, многопроходные шейдеры были упрощены, они используют меньше внеэкранных буферов и текстуры меньшего разрешения и лишь один проход. Общее качество картинки снизилось, но осталось вполне приемлемым, зато и требовательность к ресурсам значительно уменьшилась.
Перед разработчиками мобильных 3D-приложений на таких мощных системах открываются новые возможности. В качестве еще одного примера можно привести демо-программу Island, также переделанную для мобильного Logan:
Эта сцена с тропическим островом и реалистичной водой, впервые показанная на мощных настольных решениях, теперь отлично работает и на новом мобильном GPU. Видеоядро Kepler обеспечивает гибкую программируемость и высочайшую производительность для мобильных устройств, облегчает создание качественной 3D-графики и перенос игровых приложений с «взрослых» платформ: ПК и консолей. Уже в ближайшем будущем даже на мобильных системах будут доступны такие эффекты и алгоритмы, как тесселяция, реалистичные физические эффекты, сложное освещение и постобработка, и даже трассировка лучей.
Но не графикой единой живут графические процессоры, уже довольно давно они умеют гораздо большее. С приходом ядра архитектуры Kepler в Tegra, станут доступны новые вычислительно-требовательные возможности, такие как распознавание лиц, речи и образов, компьютерное зрение, системы дополненной реальности, и многие другие, о которых мы пока даже еще не думаем, но которые появятся в будущем и улучшат нашу жизнь. Даже если не улучшат, то точно изменят.
В общем, с возможностями и производительностью графического ядра у следующей Tegra все должно быть просто отлично, остается вопрос доступности. Если Logan действительно выйдет в первой половине следующего года, как обещает NVIDIA, то он не будет заменой для Tegra 4 («Wayne»), а скорее топовым решением в линейке Tegra. И, скорее всего, после выхода Logan, сразу несколько чипов Tegra будут одновременно производиться и применяться в мобильных устройствах разного класса и назначения. То есть, Tegra 4 («Wayne») и Tegra 4i («Grey») никуда не денутся, а просто будут использоваться в более простых и компактных устройствах.
Впрочем, это лишь догадки, пока что никаких других данных о Logan компания не сообщила. И о будущих устройствах, на нем основанных, говорить еще очень рано. Одно можно сказать точно — эта однокристальная система будет основой следующей версии портативной игровой консоли NVIDIA Shield, если эта инициатива будет хорошо воспринята рынком.
Будем надеяться, что с массовым производством и выходом на рынок у Logan все сложится удачнее, чем у предыдущих моделей Tegra, которые частенько туда опаздывали (и опаздывают, если говорить о Tegra 4, хотя первые устройства на ее основе вот-вот поступят в продажу). Впрочем, скорее всего, готовность Logan к массовому производству будет зависеть больше от возможностей TSMC, чем от самой NVIDIA. В любом случае, предварительные поставки первой ревизии чипов Logan партнерам компании уже начались.
