歷史學家克羅齊有言“一切歷史都是當代史”。朱光潛先生注釋說 “沒有一個過去史真正是歷史，如果它不引起現實的思索，打動現實的興趣，和現實的心靈生活打成一片”，深以為然，是為題記。

上周末發了篇灌水貼GPU演義（History of the Modern Graphics Processor），本是為了完成每周更新任務，不想承蒙一些大佬捧場，幫轉后，閱讀量和新增關注都是節節高。誠惶誠恐，水平高低不論，唯有盡力提供自認為靠譜的內容，希望能夠對初學者理解GPU有所幫助。

筆者學校畢業后第一份工作服務于S3 Graphics。上個世紀90年代初，還是2D圖形時代，S3曾經稱霸整個顯示卡市場。進入3D時代，強敵環伺，不敵ATI， 3Dfx， Nvidia等，漸趨下風。于2000年被威盛收購，仍不見起色，終至一蹶不振，回天乏力。文中關于S3最后命運是這么描述的 “An added issue for S3 was that the cost of building the cards resulted in razor thin profits. The company needed high volume sales in a market dominated by two vendors. HTC were to acquire S3 in July 2012 for $300 million， a move originally seen as leverage in HTC’s and S3’s separate legal disputes with Apple”。這項交易的背景是HTC作為Android手機第一陣營，風頭正勁，蘋果為打擊Android對手，對HTC發起專利訴訟。同時美國國際貿易委員會（International Trade Commission， ITC）也初步判定蘋果侵犯了S3的專利權，HTC希望籍由并購S3獲得與蘋果談判的籌碼，而該交易中的焦點S3TC紋理壓縮專利還是上個世紀S3 Savage產品時代開發的。一個曾經輝煌的公司努力掙扎后獲得如此下場，不免讓人一聲嘆息。

Imagination是我頗有好感的一個GPU設計公司。以前服務的公司曾取得過PowerVR SGX IP的授權，所以對其產品相對熟悉，個人覺得其TBDR（關于GPU繪制技術TBDR，TBR和IMR簡單說明見文后注釋）的設計渾然天成，整體無間，令人心生優美之感。Imagination的前身是Videologic， 從1992年開始圖形方面的研究，也就是PowerVR項目，并于90年代中期研制出TBDR技術。

在日本市場，與NEC合作開發，大量供貨世嘉的Dreamcast游戲機和Naomi街機系統。另外也與ST Micro攜手進軍PC圖形市場。隨著市場環境發生變化，Imagination也進行戰略轉移，放棄PC市場而專攻移動設備，聚焦IP授權。隨著智能手機和平板電腦的興起，Imagination的GPU IP授權業務獲得長足發展。根據2012年JPR公布的移動GPU市場份額來看，Imagination遙遙領先。光鮮之下，危機也在逼近。首先高通

憑借驍龍Soc在移動處理器上的絕對優勢，垂直整合，其Adreno GPU的份額一直居高不下。而ARM Mali也不是善茬，”ARM can offer both CPU and GPU designs to 3rd party licensees， this means ARM can offer the CPU and GPU designs together in a bundle， but perhaps more importantly it means they have the capability design the two in concert with each other.“。利用CPU和GPU的捆綁銷售策略，更重要的是技術上協同設計，Mali在GPU IP市場不斷摧城拔寨，侵占Imagination的生存領地。而同時Imagination又太過依靠蘋果的出貨量，也限制了與Android手機芯片客戶的進一步合作，這些大客戶紛紛開始轉用Mali GPU。

到2014年，Imagination的市場直線下滑，已經被ARM反超。另外Imagination欣欣向榮之際，收購了MIPS公司，試圖進入ARM主導的移動CPU市場，現在回頭看不能不說是個敗筆，MIPS已經被邊緣化，在移動市場幾乎沒有份額。2017年4月，Imagination 迎來最慘痛時刻，蘋果通知Imagination蘋果產品未來15至24個月后將不再使用該公司的技術，隨后，Imagination股價瞬間暴跌了近 69%，當天跌幅更是高達75%。要知道蘋果是Imagination的最大客戶，其支付給Imagination的許可證費用和專利費為其總收入總額的一半，而之前一年Imagination已出現歷史上最大的虧損，需要裁員來削減成本，真可謂雪上加霜。目前Imagination已經被中國資本收購，但在中美貿易戰的背景下，整合之路好像困難重重，不知道還有沒有機會重拾舊山河。

另外一個有趣的話題是AMD和移動GPU的故事。ATI在2006年收購了BitBoys，并宣布在歐洲成立設計中心。跟Imagination類似，BitBoys是一家提供移動GPU IP的公司，其之前的產品Glaze3D也采用TBR繪制技術。但接著ATI被AMD收購以后，這個被重命名為Imageon的移動設計部門，在2009年竟匪夷所思被6500萬美元賣給高通。

依托驍龍Soc，Adreno（與Radeon字母順序調整下，表示同源？） GPU不斷錘煉，終于練成史上最強大的移動GPU，也成為了驍龍Soc核心技術和制勝法寶。在《History of the Modern Graphics Processor》中作者以BitBoys‘ exit and AMD’s blunder為題描述這段過程，并以“in a major lack of management foresight”來形容當時AMD管理層的短視。但最近幾年，兩大PC GPU巨頭Nvidia和AMD也貌似開始重新擁抱TBR繪制技術，見如下有關Nvidia和AMD的報道。

這么看來，2019年三星獲得AMD的GPU授權用于手機和平板移動市場就一點不奇怪了。兜兜轉轉，AMD再次殺入移動GPU領域，一旦成功，移動GPU的江湖保不定會再次掀起血雨腥風。

IMR，TBR和TBDR技術比較

TBR（Tile Based Rendering），把屏幕區域網格化，稱為tile，一般是16x16或32x32像素大小，繪制的時候先收集一幀所有繪制命令的幾何信息，頂點變換后，計算與每個tile的交集。然后再按tile，依次進行渲染。由于tile比較小，中間的的渲染過程包括深度測試都可以在片上內存發生，只有tile中最終可見像素才會輸出到系統內存，極大的地減少與系統內存的交互，對性能，功耗水平都有提升。

TBDR（Tile Based Defferred Rendering），TBR并沒有解決overdraw的問題，被遮擋的像素也會進入渲染過程，浪費GPU算力。所以TBDR更進一步，渲染之前引入HSR（Hidden Surface Removal，隱藏面消除）步驟，保證渲染過程只渲染可見像素，被遮擋像素會被提前剔除掉。

IMR（Immediate Mode Rendering）， 簡單，粗暴，直接，來什么，畫什么。優點是可預測強，debug和profiling都比較容易。缺點是會有大量的內存帶寬負載，同時與TBR類似，IMR沒有完全解決overdraw的問題，會浪費一部分GPU算力，這些都會引起功耗水平增加。所以一般是對功耗，發熱都不敏感的PC GPU會采用IMR技術。

原文標題：GPU歷史之二三事

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責任編輯：haq