Mali-D71 與新一代顯示解決方案-技術(shù)方案

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此前幾個月，我們推出了新一代顯示處理器特別的預(yù)覽，代號為“Cetus”。當(dāng)時，我們已經(jīng)明確討論過該款顯示處理器可以為整體的圖形流水線和Mali多媒體家族(包括圖形，視頻和顯示處理器)所帶來的改善，尤其我們的技術(shù)在該領(lǐng)域所取得的重大飛躍。隨著Mali-D71顯示處理器正式發(fā)布(即當(dāng)時的 Cetus)，我們現(xiàn)在可以詳細(xì)介紹這款名為“Komeda”的全新架構(gòu)，以及它為支持、復(fù)雜用戶場景所提供的令人驚嘆的顯示技術(shù)框架。

我們此前已經(jīng)就相對上一代產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新所帶來的驚人回報(bào)和相應(yīng)的架構(gòu)技術(shù)變革展開了深入討論。此次，我們將討論具體的性能提升以及為終端用戶所帶來的改善。

全新變化

首先，Mali-D71通過在固定功能硬件中進(jìn)行迭加、旋轉(zhuǎn)、高品質(zhì)縮放、gamma/de-gamma和其他先進(jìn)的圖像處理任務(wù)，減少需要GPU 處理的工作負(fù)載。這一切是在多媒體流水線階段完成的，即在它向屏幕發(fā)送的輸出內(nèi)容之前，這意味著GPU 根本不用參與這些操作。此外，完成這些運(yùn)作只需經(jīng)過內(nèi)存，而不是來回多次，這樣就大幅提升了系統(tǒng)的節(jié)電效能。舉個更具體的例子，為了一臺1440p 設(shè)備縮放4K視頻層，將其與復(fù)雜的沉浸式UI圖形層進(jìn)行合成，對比利用GPU軟件進(jìn)行同樣的操作，SoC可節(jié)電30%。

與前代產(chǎn)品相比，Mali-D71以并行模式運(yùn)轉(zhuǎn)時可在同樣的面積里事項(xiàng)兩倍的性能。與前代產(chǎn)品不同的是，當(dāng)Mali-D71驅(qū)動單塊顯示屏?xí)r，可以重復(fù)使用第二個顯示的資源。這樣一來，它可以迭加、旋轉(zhuǎn)和縮放的圖層數(shù)量加倍，但并不會增加整體面積。這就意味著在與前代產(chǎn)品相同的芯片面積內(nèi)，Mali-D71可以提供新的增強(qiáng)功能，比如縮放拆分操作、未壓縮層的AFBC編碼、更快的AFBC解碼和MMU優(yōu)化。當(dāng)Mali-D71顯示處理器與同時發(fā)布的CoreLink MMU-600一起使用時，集成的轉(zhuǎn)換緩沖單元(TBU)以及兩者通過DTI接口實(shí)現(xiàn)的緊密耦合大幅降低了MMU延遲。

此外，實(shí)現(xiàn)4倍的延遲容忍度。相較于前代產(chǎn)品Mali-DP650，Mali-D71在實(shí)現(xiàn)同樣的顯示性能時，容許系統(tǒng)總線上4倍的延遲。Mali-D71 實(shí)現(xiàn)了內(nèi)存子系統(tǒng)的大幅優(yōu)化。它允許的待處理請求的數(shù)量加倍，從實(shí)時路徑中移除了未經(jīng)壓縮的旋轉(zhuǎn)，將未經(jīng)壓縮的線性層轉(zhuǎn)換成AFBC1.2 tiled層，從而實(shí)現(xiàn)更高效的旋轉(zhuǎn)。這對于必須將4K幀以60-120 fps的幀率輸出的高性能顯示處理來說十分重要。為了做到這一點(diǎn)，顯示處理器需要地利用占有系統(tǒng)總線上的時間，在顯示屏空白時以毫秒為單位預(yù)取像素，確保緩沖區(qū)一直保有足夠的內(nèi)容。如果顯示屏沒有及時接收到像素，它就會因缺乏內(nèi)容出現(xiàn)丟幀的問題，導(dǎo)致屏幕上出現(xiàn)毛刺或明顯偽差，影響畫質(zhì)。

，Mali-D71將像素吞吐量增加了一倍，以呈現(xiàn)的VR 4K120效果。它在全新的并行模式下驅(qū)動單塊顯示屏?xí)r可以做到這一點(diǎn)。當(dāng)只需要為一個顯示進(jìn)行輸出時，并行模式將圖像一分為二，高效地利用兩套資源各處理一半的圖像。對于 4K60及以下工作負(fù)載，并行模式可以將時鐘頻率降低一半，從而支持更低電壓，實(shí)現(xiàn)節(jié)電效能。對于4K120 工作負(fù)載而言，并行模式是強(qiáng)制性要求，從而針對相同的目標(biāo)頻率實(shí)現(xiàn)了像素吞吐量的加倍。如果不采用并行模式，只可能達(dá)到4K60，所以通過并行處理將幀處理需求減半的能力意味著功耗減半或是性能加倍。

背后的重要意義

Arm實(shí)際上并不生產(chǎn)實(shí)體產(chǎn)品，我們的IP要變成芯片還得花點(diǎn)時間，更不必說真正的設(shè)備出產(chǎn)了。而這意味著我們必須始終趨勢(至少) 一步，并關(guān)注科技對現(xiàn)狀所帶來的顛覆性影響，才能使基于Arm的產(chǎn)品擁抱這些科技趨勢。在顯示行業(yè)涌現(xiàn)出來的具體趨勢當(dāng)中，有些會對我們打算利用全新的Komeda顯示架構(gòu)和已經(jīng)推出的整體解決方案實(shí)現(xiàn)的性能和特性產(chǎn)生較大影響。針對這些趨勢的討論，你可以點(diǎn)擊此處查看我的一位同事近期所做的更詳細(xì)介紹，而我將主要討論Arm全新顯示解決方案是如何應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的。

1.高動態(tài)范圍

在顯示領(lǐng)域，出現(xiàn)的必備要素就是高動態(tài)范圍(HDR)。HDR 內(nèi)容在更廣的動態(tài)范圍里被編碼，以呈現(xiàn)更加細(xì)膩的色彩和對比度。這就使得圖像上的暗黑區(qū)域變得更暗、更加層次豐富，較亮的區(qū)域則變得更明快、更清晰、更飽和，避免它們像我們有時在亮光下在圖像上看到的一樣變得模糊。越來越多的內(nèi)容創(chuàng)建者利用HDR提供的觀看體驗(yàn)，可如果不能將它們恰當(dāng)?shù)仫@示出來，就是在浪費(fèi)時間。Mali-D71搭配Assertive Display5，從你較為青睞的內(nèi)容供應(yīng)商比如Netflix和亞馬遜Video那里獲取HDR內(nèi)容，之后在任何類型的面板上(即便是SDR) 都可以以HDR畫質(zhì)進(jìn)行顯示。Mali-D71本身獲取HDR視頻和圖形UI的重疊區(qū)，將它們?nèi)谌胍詷?biāo)準(zhǔn)伽馬編碼且?guī)暾虻膯螏?，然后發(fā)送給Assertive Display5轉(zhuǎn)換成正確的色彩范圍，用于SDR顯示。

這意味著如果你用的只是一款普通的顯示處理器，那么內(nèi)容創(chuàng)建者在以HDR10格式設(shè)計(jì)作品時所花費(fèi)的心血全部付諸東流。有了Mali-D71，你就可以重現(xiàn)同樣令人嘆為觀止的HDR畫質(zhì)，在更低規(guī)格的顯示器上也不例外，完整保留這些內(nèi)容的藝術(shù)匠心。

2.VR

正如我們之前多次討論過的那樣，移動VR提出又一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)。對顯示處理器以及系統(tǒng)其他部分來說，僅僅滿足實(shí)時延遲和數(shù)據(jù)吞吐量方面的要求就已經(jīng)很困難了，更不必說顯示設(shè)備在靠近眼睛時，對像素質(zhì)量有更高的要求了。這里就要說一說我們之前提到過的延時容忍度，還有并行模式的節(jié)電及性能提升。但是，借助搭配全新的CoreLink MMU-600，Mali-D71能夠真正物盡其用。MMU-600將內(nèi)存子系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使得 Mali-D71可以限度地利用經(jīng)過優(yōu)化的內(nèi)存子系統(tǒng)去驅(qū)動性能的VR顯示器達(dá)到4K120fps的水平，從而在系統(tǒng)總線上能夠容忍更長的延遲。

3.多窗口顯示

由于人們使用手機(jī)的頻率越來越高，那么我們對多任務(wù)處理的需求也就越來越高。目前的臺式機(jī)已經(jīng)可以幫我們實(shí)現(xiàn)坐在電腦前時，一半顯示屏用來顯示在線會議，另一邊則顯示電子郵件或是Facebook內(nèi)容。現(xiàn)在，我們希望可以在移動設(shè)備上進(jìn)行同等程度的多任務(wù)處理。這意味著顯示子系統(tǒng)的功能需要更強(qiáng)大，以便同時開展這些不同的活動。前幾代的顯示處理器可以多處理4層數(shù)據(jù)，Mali-D71則提升了一倍，可以在單一顯示模式下處理8個Android迭加層。再