[转]移动GPU：ARM Mali图形处理单元全解析

ARM Mali图形单元简介

    目前应用在手机和端的GPU主要由三家公司执行设计——Imagination公司、高通公司和ARM公司。其中，ARM和Imagination公司并不进行GPU的实际生产，而是主要出售芯片设计技术（IP）的授权。本文将简单介绍ARM的GPU，其他两家暂时不谈。

    大家都知道ARM在移动微处理器方面非常具有威望，其实它在GPU方面的造诣同样很高，只是在手机和平板电脑中的应用并不非常广泛，大部分集中在嵌入式设备中。

ARM Mali图形处理单元应用在各个领域

    作为业界顶级芯片厂商，ARM为各类便携智能设备以及其它相关产品提供包括CPU、GPU在内的多方面的解决方案，其中ARM的GPU就是Mali系列， 它包括有世界上最小的符合OpenGL ES 1.1的GPU，也有支持全高清解码、或者具有可扩展性的多核解决方案，为高端数字娱乐系统提供强劲支持。

ARM官网有关ARM Mali图形单元的信息

    从ARM的官方网站我们可以了解到，目前ARM Mali硬件IP有Mali-55、Mali-200、Mali-300、Mali-400 MP和Mali-T604五款。但是我们日常应用的主要有Mali-55和Mali-200两款。

Mali-55代表方案（SOC）：瑞芯微RK2818
Mali-200代表方案（SOC）：Telechips TCC8902

    相比上面提到的其他两家公司的GPU产品而言，ARM公司在手机及平板界的应用范围的确并不是很广泛，这可能与Mali-55和Mali-200的表现不 佳有关，不过ARM Mali在嵌入式设备中应用比较广泛，随着Mali-300、Mali-400 MP以及Mali-T604等产品的推出，Mali系列性能将会发生质的飞跃，整体状况可能也会随之改观。

Mali-55

Mali-55：

Mali-55示意图

    Mali-55 GPU是世界上符合OpenGL ES 1.1的最小GPU，它使用Mali基于Tile的渲染体系结构来最大限度提高显示图像时的能源使用效率，并最大限度降低系统上的带宽要求。Mali- 55还符合OpenVG 1.0标准，从而提供极佳的字体渲染和矢量绘图加速。

面积	1.0 平方毫米（65纳米低电压工艺[LP]的面积）
图形和通用运算标准（API）	OpenGL ES 1.1 OpenVG 1.0
二级高速缓存	无
内存系统	MMU
频率	240 MHz（65纳米高电压工艺[GP]的频率）
三角形输出率	1M/秒（275MHz频率下成绩）
像素填充率	100M/秒（275MHz频率下成绩）

优点：能耗低
缺点：性能低，支持有限的显示分辨率

注：MMU是Memory Management Unit的缩写，中文名是内存管理单元，在此我们可以理解为虚拟显存管理器。

 

Mali-200

Mali-200：

Mali-200示意图

    Mali-200是世界上授权最广泛的 OpenGL ES 2.0 加速器，可为移动和嵌入式设备中的用户界面、导航、浏览以及游戏提供高级二维和三维加速，同时将能耗和硅晶片面积降到最低。

    Mali-200 应用领域包括无线/移动、导航、机顶盒/DTV、便携式媒体播放机、移动 Internet 设备，等等。

面积	4.1 平方毫米（65纳米低电压工艺[LP]的面积）
图形和通用运算标准（API）	OpenGL ES 1.1/2.0 OpenVG 1.1
内存系统	MMU
频率	230 MHz（65纳米低电压工艺[LP]） 380 MHz（65纳米高电压工艺[GP]）
三角形输出率	16M/秒（275MHz频率下成绩）
像素填充率	275M/秒（275MHz频率下成绩）

点评：性能提升明显，但在等移动终端领域优化不到位。

 

Mali-400 MP

Mali-400 MP：

Mali-400 MP示意图

    Mali-400 MP是世界上第一个符合OpenGL ES 2.0的多核GPU，可提供卓越的二维和三维加速性能，最高可扩展至 1080p 分辨率，同时使 ARM® 在能耗和带宽效率方面保持领先地位。

    Mali-400 MP可从单核扩展到四核，性能提升明显。MP是“MPCore”的缩写，代表可扩展性，简单的认为就是可以实现多核。

面积	4.7 平方毫米（具有32kB二级高速缓存的单核Mali-400 MP所占用面积）
图形和通用运算标准（API）	OpenGL ES 1.1/2.0 OpenVG 1.1
二级高速缓存	8KB - 256KB二级高速缓存
内存系统	MMU
频率	240MHz（65纳米低电压工艺[LP]） 395MHz（65纳米高电压工艺[GP]）
三角形输出率	30M/秒（275MHz频率下成绩）
像素填充率	275M/秒（275MHz频率下成绩）

注：上图中数据是Mali-400 MP的单核成绩。

 

Mali-300

Mali-300：

Mali-300示意图

    之所以把Mali-300放在后面来介绍，是因为Mali-300的推出时间比Mali-400 MP要晚。Mali-300 GPU提供的性能水平介于ARM Mali-200和可扩展多核Mali-400 MP嵌入式图形解决方案之间。Mali-300 GPU是基于与Mali-400 MP同样的基础架构，拥有8KB二级高速缓存，能以业界领先的存储器带宽效率实现高清性能。

图形和通用运算标准（API）	OpenGL ES 1.1/2.0 OpenVG 1.1
二级高速缓存	8KB二级高速缓存
内存系统	MMU
频率	240MHz（65纳米低电压工艺[LP]） 395MHz（65纳米高电压工艺[GP]）
三角形输出率	30M/秒（275MHz频率下成绩）
像素填充率	275M/秒（275MHz频率下成绩）

    简单地说，我们可以把Mali-300当做Mali-400 MP的单核精简优化版。

 

Mali-T604

Mali-T604：

Mali-T604示意图

    Mali-T604属于ARM推出的最新的第四代嵌入式图形芯片。该芯片使用了创新性的“Tri-pipe”三管道设计，核心数量可由用户配置至最多4核，最高性能可达到第三代产品的5倍。

图形和通用运算标准（API）	OpenGL ES 1.1, 2.0 OpenVG 1.1 OpenCL 1.1, 1.2 DirectX
二级高速缓存	可配置L2 Cache（推荐每核心分配32KB）
内存系统	MMU

看点：DirectX和OpenCL 1.1, 1.2

总结：

    ARM 公司的处理器在移动领域叱咤风云，但同期的Mali GPU却一直被Imagination公司的PowerVR系列压制，因此在手机等终端领域中应用并不算广泛。以Mali-T604为代表的第四代 Mali显卡力争上游，开始实现了对DirectX的支持，为桌面和移动设备的3D沟通搭建起了一座桥梁。大家知道在PC 3D领域，DirectX一家独大，将Glide、OpenGL等API标准踩在脚下。而DX的优势则在于拥有庞大的开发队伍，游戏开发环境优于旁者。 Mali-T604的推出也从一定程度上暗示出，移动终端的GPU大战似乎即将爆发。