GPU專欄(四) 基於塊的渲染(Tile Based Rendering)

IMG使用了基於塊的渲染管線，而且是更進一步，名為TBDR, 在這之前，我們先來了解一下TBR, 這些都是移動端GPU常用到的技術。

Q1：什么是TBR, 以及為什么要用TBR?

我覺得要回答這個問題，前提是要先了解一下，GPU的顯存、GPU內部的on-chip color buffer, 以及系統內存之間的關系；

顯存，類似於系統的內存，但它是顯卡專用的內存。顯存主要用來緩存 GPU 處理過的或者即將提取的渲染數據。顯存主要包括容量、頻率和位寬這三個參數。

帶顯存的GPU一般是桌面端PC專享，因為不需考慮功耗，可着高性能使勁造就行；也正是配合着支持大帶寬的顯存，桌面端才肆無忌憚的使用IMR技術。比如之前片元着色完成后，假設后面會有alpha blending, 那么就不可避免的會有大量的讀改寫過程。

for draw in renderPass:
    for primitive in draw:
        for vertex in primitive:
            execute_vertex_shader(vertex)
        for fragment in primitive:
            execute_fragment_shader(fragment)

 

 所謂IMR就是，無腦對每一次drawcall都執行，這樣的情況下，即使遠處的物體被近處的物體覆蓋而無法顯示，但是還是會被過繪制，缺點是顯而易見的，對gpu的性能可能帶來不必要的浪費。

以往這些都是依賴消耗GPU大量的顯存帶寬來完成（上圖中Framebuffer Working Set的部分），在移動端GPU中，顯然不可能有這種享受。移動端GPU要考慮性能功耗的平衡，而且沒有顯存可用，只能和CPU共用系統內存，所以沒辦法，只能想辦法優化。首先是硬件上搞了個片上內存，也就是IMG文檔中的那個on-chip color buffer, 然后呢，這個片上內存顯然不會很大，但是速度很快，比系統內存要快；基於這種特性，按照分塊來處理着色過程就是很自然的想法了。首先是每個draw call，只執行vertex shader, 確定好圖元的位置后，並不直接執行frag shader, 而是開始進行分塊，也就是Tilling, tile大小大概是16x16, 然后呢，每個tile中會由一個list記錄在此tile中的所有片元，所有的這些完成后才會進行光柵化以及進入frag shader的處理，然后frag shader就會遍歷每個tile, 然后再對每個tile中的片元執行着色，以及做alpha blending等，所有這些都是在片上內存中完成的，減少了對系統內存的大量讀寫操作。最終所有tile處理完，才寫入DDR中。這么一搞，就節省了系統帶寬，降低了功耗而且減少了性能的浪費。上述過程對應的偽代碼就是:

# Pass one
for draw in renderPass:
    for primitive in draw:
        for vertex in primitive:
            execute_vertex_shader(vertex)
        append_tile_list(primitive)

# Pass two
for tile in renderPass:
    for primitive in tile:
        for fragment in primitive:
            execute_fragment_shader(fragment)

 

 基於tile的渲染還可以結合FBC技術進一步壓縮帶寬【比如IMG的TFBC技術】，這大概也就是為什么你看到了IMG的FBC也是分塊的原因吧。

當然，上述方式要說缺點也是有的，那就是增加了Geometry Working Set的開銷，所以還是有關於權衡的藝術。