對于光線追蹤（ray tracing）這一概念，電腦游戲玩家肯定是不陌生的。光線追蹤給游戲畫面展示帶來了更為細膩的光照表現和寫實的光影效果，在電視節目和電影制作中也有廣泛應用。

從定義上看，光線追蹤是一個在二維（2D）屏幕上呈現三維（3D）圖像的方法。這樣的定義可能比較抽象，實際上光線追蹤就是為了計算出光線發出后經過一系列衰減（吸收、反射和折射）再進入人眼時的現實情況，并將其復現在屏幕上，讓人從屏幕上有一種身臨其境的感覺。

在一種逼真寫實的環境玩游戲，想來就覺得很酷。現在，移動端的游戲玩家可以不用羨慕電腦游戲玩家了。近日，Imagination Technologies 宣布推出旗艦款圖形處理器（GPU）知識產權（IP）產品IMG CXT，同時其PowerVR Photon光線追蹤架構也隨該IP首次亮相。通過增加Photon硬件光線追蹤功能，IMG CXT實現了GPU IP的又一次重大飛躍，能夠為游戲和其他圖形處理應用場景提供令人難以置信的性能。Photon 是業界最先進的光線追蹤架構，可以為移動和嵌入式應用帶來桌面級質量的視覺效果，并已在多個市場中進行了授權。

移動端的光線追蹤是如何實現的？

實際上，光線追蹤概念的提出至今已經有數十年，上世紀60年代便由一個叫數學應用組的組織中的科學家提出，然后從DirectX 10時代開始進入電腦游戲中。但是，在電腦游戲中實現光線追蹤需要大量的算力支撐。

從另一角度來看，高算力就會帶來更高的能耗，對于移動端這種能效要求嚴格的領域，光線追蹤真的合適嗎？

Imagination中國區戰略市場與生態副總時昕博士在發布會上表示，傳統光線追蹤的做法屬于RTLS 0級或1級，也可稱之為Level 0或者Level 1級，是基于現有硬件通過GPU軟件算法實現的光線追蹤，IMG CXT采用的Photon架構處于RTLS的4級（Level 4），是當前業內可用的最先進的光線追蹤技術。

2020年9月22日，Imagination對外宣布了一套光線追蹤等級系統（Ray Tracing Levels System），旨在幫助開發人員和原始設備制造商（OEM）清晰了解現在和未來可用的光線追蹤加速解決方案的功能。

這個光線追蹤等級系統共包含6個等級，它們的功能和要求如下：

Level 0：傳統解決方案

Level 1：傳統GPU上的軟件

Level 2：硬件中的光線/方框和光線/三角形測試器

Level 3：硬件中的邊界體積層次結構（Bounding Volume Hierarchy，BVH）處理功能

Level 4：硬件中的BVH處理和一致性排序功能

Level 5：硬件中帶有場景層次生成器（Scene Hierarchy Generation，SHG）的一致性BVH處理功能

從該分級系統不難看出，從L2級開始，光線追蹤的性能提升開始依賴硬件架構和硬件性能的提升。

時昕博士指出，在Photon架構中，Imagination提供緊密集成在CXT中的光線加速集群（RAC）。IMG CXT-48-1536 RT3 內核具有三個RAC，可提供總體高達1.3 GRay/s的性能。與 Imagination的上一代 GPU IP 相比，實現計算和紋理性能提高50%，幾何性能提高50%。

從時昕博士的解讀不難看出，L4級光線追蹤實現的關鍵一步是RAC。“RAC是一種新的低功耗專用硬件GPU組件，包含了光線存儲（Ray Store）、光線任務調度器（Ray Task Scheduler）和相干性聚集器（Coherency Gatherer），并與兩個統一著色器集群（USC）緊密耦合，USC擁有高速專用數據通路，可以實現最高效且功耗最低的光線追蹤部署。相比效率較低的光線追蹤架構，RAC可以加速和卸載更多來自著色器內核的光線追蹤計算。”他對此講到。

介紹資料顯示，在算力表現上，Imagination全新旗艦款移動內核能夠提供：

1.5 TFLOPS FP32

48 GTexel/s

1.3 GRay/s

48 GBoxTest/s

6.0 TOPS

另外，IMG CXT-48-1536 RT3 內核完全支持Vulkan的光線追蹤技術，采用光線查詢和光線管線雙融合，進而提供更真實的陰影、反射和全局照明效果。

同時，Imagination還表示，得益于Imagination的多核技術，Photon架構可以擴展應用于云、數據中心和PC市場。這可以實現高達 9 TFLOPS的FP32光柵化性能和超過7.8 GRay/s的光線追蹤性能，同時能夠提供比當今的L2級或L3級光線追蹤解決方案高2.5倍的功耗效率。

會給移動端帶來怎樣的效果？

IMG CXT-48-1536 RT3 內核的出現是首次在移動 IP上實現了桌面級質量的光線追蹤視覺效果，那么其效果如何呢？

Imagination技術前瞻副總裁 Kristof Beets表示，目前 IMG CXT、PowerVR Photon 光線追蹤架構已經授權給了數個合作伙伴，但在具體產品發布前無法透露。這一周期通常要 18~24 個月，如果客戶在今年獲取了這個IP授權，接著進行芯片設計和流片，這個客戶的最終產品最早會在2023年上市，消費者才可以體驗到相關的硬件光線追蹤解決方案。

雖然方案還沒有上市，我們還是通過現場演示看到了一個對比細節，

Imagination首席執行官Simon Beresford-Wylie表示：“作為智能手機變革的關鍵推動力量，Imagination在將先進的3D圖形處理功能引入移動設備方面有著杰出的成績。我們在高效光線追蹤方面所實現的創新是我們發展過程中的又一次重要邁進，它為移動圖形處理行業創造了一種全新的能力。我們很高興能與自己的伙伴合作，實現將逼真的圖形內容帶入您掌中設備的愿景。”

責任編輯：haq