【渲染】Arm Mali: Tile-Based Rendering

[ysh329]

Graphics and Gaming Development | Tile-Based Rendering – Arm Developer
https://developer.arm.com/solutions/graphics-and-gaming/developer-guides/learn-the-basics/tile-based-rendering/single-page

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基于分块的渲染

本文介绍了基于分块（tiled-based）渲染的GPU优缺点，并拿桌面级的即时渲染模式的GPU在优缺点上进行了比较，以及未来挑战。

Mali-gpu使用基于分片的渲染架构。这意味着GPU渲染过程会将帧缓冲区（framebuffers）输出为几个不同的较小子区域，这些较小子区域称为分块（tile）。完成后将每个分块写入内存，Mali gpu的分块很小，每个分块仅为16x16像素。

即时模式（Immediate Mode）GPUs

传统的桌面级GPU架构通常被称为即时模式架构。该模式将渲染作为一个严格的命令流进行处理，在每次draw调用中对每个基本体（primitive）依次执行顶点（Vertex）和片段（Fragment）着色器。

下面是对该过程的伪代码示例，忽略并行处理和流水线：

for draw in renderPass:
    for primitive in draw:
        for vertex in primitive:
            execute_vertex_shader(vertex)
        if primitive not culled:
            for fragment in primitive:
                execute_fragment_shader(fragment)

根据伪代码可以看出即时渲染过程是从renderPass发起，每个readerPass发起一个Draw绘图调用去绘制每个图元（Primitive），图元在OpenGL中可以是线、三角形等等，具体如下表。对每个图元使用顶点shader绘制顶点，每绘制完一个图元的所有顶点信息后，则绘制该图元的片段信息。从顶点到图元的绘制过程是一个pipeline。

下图展示了即时模式在硬件层面的数据流和内存交互，更能体现出从顶点到图元的绘制过程是一个pipeline**：

下面我们结合上图，分析一下即时模式渲染的优缺点：

优点

顶点着色器和其他与几何体相关的着色器的输出可以保留在GPU内部的芯片上。直到FIFO管道中的下一阶段要用的数据准备好前，这些着色器的输出可以一直存储在FIFO缓冲区中。这意味着GPU使用较少的外部内存带宽来存储和检索中间的几何结果；

缺点

每个绘图（draw）调用中的三角位置都不同，导致片段（Fragment）shader在屏幕上变换位置来执行shader工作。发生这种情况是因为流（stream）中的三角可能覆盖屏幕的任何部分，而三角按绘图调用的顺序处理。

这意味着活动工作集的大小为整个缓冲区的大小。例如，考虑一个1,440p解像度的设备，其颜色使用每象素32位（BPP），包装深度/模具使用32位（BPP）。这就产生了一个30MB的总工作集，这个工作集太大而无法保留在芯片上，因此必须在DRAM中存储在芯片外。

对于每个混合、深度测试和模具测试操作，GPU必须从该工作集获取当前碎片的象素坐标数据的当前值。

一般而言，所有阴影部分都访问此工作集。因此，在高精度下，由于对每个碎片执行多个读-修改-写操作，因此放置在此内存上的带宽负载可能非常高。然而，缓存可以通过将最近访问的部分框架缓冲区保持在接近GPU的位置来减轻高带宽负载。