应对下一代移动图形处理的挑战

否与硬装搭配，家具巨头宜家就打算在2017年发布AR产品目录。

虚拟现实已经不算新理念了，但其核心技术却仍在经历巨变。硬件设备已经万事俱备，拥有足够强大的性能运行炫目的VR内容；一个适合创新的大规模开发商生态系统也已经形成。这一点在移动平台的体现格外深刻，因为人人都能用，且其移动性自身便是重要优势。与台式机和游戏机不同，移动设备无拘无束。当然，实现这一点需要在设备上安装各类传感器。实际上，VR领域的许多重大突破都是在移动设备上实现的——利用VR技术增强用户体验的云霄飞车就是高性能移动应用的一个典型案例。

尽管推陈出新的颠覆式应用不断刷新智能手机的使用方式，但我们经常会忘记一点现实，最普遍的移动应用情景依然是网页浏览和游戏。近几年，屏幕分辨率和刷新率都得到提升，用户界面（UI）的视觉效果和使用体验也越来越自然。这些优化对GPU提出了更高要求，成为成本导向型市场不小的挑战。

移动设备已经成为最主要的游戏平台，由于移动游戏的便捷性，玩家人数持续增加，并进一步推动游戏数量的上升。从免费的独立游戏到数百万美元投资的工作室游戏，现代玩家有丰富的游戏类型、价格和质量等级可供选择。随着可选游戏数量的上升，视觉效果也得到显著改善。GPU刚刚引入移动设备时，3D游戏简单粗暴，不堪入目。而现在呢？游戏画面丰富多彩，景色怡人，动态感十足，在上一代的手柄游戏机时代都是前所未闻的。

上图是ARM演示团队制作的三张示意图。我们先来看看相对简单（以今天的标准）的3D内容，演示游戏为2010年推出的True Force，运行于2011年款的Galaxy S2。每帧图元16k，片段处理每像素时钟周期3.7次，基于OpenGL ES 2.0。

3年后的2013年，OpenGL ES 3.0正式推出，改善了GPU 对GPU运算的支持（并不是OpenGL ES 3.0 API的主打特色，而随OpenGL ES 3.1正式推出）；允许开发商使用更多高级渲染技术。结合基础硬件后，视觉质量显著提升。将Trollheim演示与TrueForce比较一下便可一目了然，前者的复杂性比后者高了不少。TrueForce的每帧图元为16k，而Trollheim为150k，TrueForce的片段处理每像素时钟周期为3.7次，而Trollheim则为16次。

2016年，Vulkan正式推出，API效率大幅提高，与OpenGL ES相比能够以更低的开销帮助开发商更好地发挥硬件性能。当然，硬件本身也快速发展，比较一下Lofoten和Trollheim演示，我们即可清楚地看到复杂度的提升：每帧图元提高了300%，片段复杂度提高了150%。

智能手机设计的挑战与趋势

使用场景的变化仅是一个方面，移动设备本身也经历大幅升级。智能手机市场最初主打旗舰机型，随着智能化程度的不断提高，很多 PC特性已经可以实现，但通讯依旧是其主要功能。然而，过去短短几年间，智能手机用途不断扩展，打电话已不再是智能手机的主要功能，图像显示成为了关注焦点。

过去，手机电池寿命一般用单次充电支持的通话时长来衡量，而现在的标准则是网络浏览或高端游戏的续航时间。GPU与显示性能一起备受关注。用户希望体验更高质量的视觉效果，到目前为止，这一目标都是经由智能手机设计改善，以及显示内容的美感和流畅性来实现，一个证据就是屏幕边框变得越来越窄。市场的大致趋势是朝着屏幕包裹设备的方向发展，设计美感更多由UI而非硬件来实现。下图中，我们可以看出屏幕占整个设备的比例不断增加。这一趋势在三星Galaxy S7 Edge等机型上体现得尤为明显，已经实现屏幕对设备的全包裹。

除了打电话，现代智能手机还能提供极为丰富的功能，如邮件、社交媒体、导航定位、支付、浏览网页、游戏、拍照和视频等等。用户在期待功能升级的同时，也希望电池寿命不断延长。但是，即便使用当前所有最先进的技术，智能手机的电池容量还是要不断增大，具体变化趋势见下图。

除了电池容量变大，智能手机还变得越来越薄。一些机型的厚度甚至已经达到了7毫米以下，考虑到现代智能手机的技术含量，如此纤薄实在令人惊讶。

这样的发展方向并非完全没有弊端。屏幕增大导致电池尺寸变大，机身变薄，设备散热能力下降，因为屏幕的散热效率不如金属机身。此外，机身变薄后，用以散热的表面积也会减少。现代高端智能手机的性能上限很大程度上被散热能力牵制，如何保证机身内部元器件不因为高温而受损则因此成为另一大挑战。

现代智能手机装有多种耗电发热的核心元件，如摄像头子系统、屏幕、调制解调器、Wi-Fi、非易失性存储器、DRAM和主芯片本身（包括CPU、GPU和其他处理器）。因为总功耗一致