Armのクライアント機器向け最新ソリューション「TCS23」の全貌：Arm最新動向報告（16）（3/3 ページ）

[大原雄介，MONOist]

「TCS23」のGPU IP

　次いでGPU。今回Immortalis-G720およびMali-G720／G620が発表されたが、絶対性能および効率で15％アップ、システム全体での効率40％アップとされている（図15）。

図15　このシステム全体での効率は、メモリアクセスを大幅に効率化した事が貢献しているとされる［クリックで拡大］

　そのImmortalis-G720であるが、今回アーキテクチャがGen 5に刷新された。ちなみにこのGen 5では、例えばMidgardからBifrostや、BifrostからValhallのような根本的なレンダリング方式の変更はないようで（図16）、その意味ではValhallの延長と言えなくもないのだろうが（実際何がどう変わったのか、という質問に対しては「システムの全ての部分を見直しを図って最適化した」という答えが返ってきた）、大きな違いとしてはDVS（Deferred Vertex Shading）を実装したことが挙げられる（図17）。

図16　Utgard（Gen1）／Midgard（Gen2）／Bifrost（Gen3）／Valhall（Gen4）と異なり北欧神話からコード名を付けない。なぜ、と聞いたが明確な回答はなかった。ひょっとすると開発体制が旧Falanx Microsystems A/S（ノルウェーのファブレスIPベンダー。2006年にArmノルウェーに買収された）主体から変わったのかもしれない［クリックで拡大］

図17　GPU自身の省電力化も多少はあるが、それよりもメモリアクセスの頻度を大幅に抑えたのが効いている［クリックで拡大］

　図18はImmortalis-G720の内部構造であるが、シェーダの構造が分解されているのが分かる。これをさらに分かりやすくしたのが図19である。全てのポリゴンに対してDVSが使われるわけではなく、必要なものに関しては従来同様のFVS（Forward Vertex Shading）が行われるが、FVSの場合は一度処理を行った結果をいったんメモリに書き出し、それを再び読みだすという処理になる（この関係でメモリアクセスが多くなる）。

図18　従来だとFrontendはWarp Managerの前ではなく、この図で強いて言えばExecution Engineの中にあったはずのものである［クリックで拡大］

図19　FVSのフローだとVaryingsやShaded Positionsは一度メモリに書いて、後でまた読み直しているのが分かる。DVSだとこれが省けるわけだ［クリックで拡大］

　対してDVSでは最終的にそれが必要になるまで処理を行わない。この方式なら一度書き戻して読み直す手間が省ける分、メモリ帯域を大幅に節約できることになるのだが、その一方で何でもかんでも後送りにすると、今度は後で処理が詰まりかねないので、うまくバランスを取る仕組みが必要になる。しかし、そのあたりの詳細については明らかにされなかった。

　ただ結果として、必要となるメモリ帯域を減らしつつフレームレート向上を実現できた（図20）ということは、うまくバランスを取った実装に成功したということであろう。他にも細かな追加機能もあり（図21）、確かにこれはValhallの延長というよりもGen 5とする方が正しいというべきなのだろう。

図20　書き込みのBandwidthを31％削減できたのはかなり大きなインパクトになると考えられる［クリックで拡大］

図21　2xMSAA専用ハードウェアも搭載、というのはそういうニーズが大きかったということだろうか？　細かいところではOpenCL 3.0のフルプロファイルにも対応した（Valhallは2.0対応）［クリックで拡大］

　余談だが、「Super SamplingはNVIDIA／Intelに代表されるAIベースのものと、AMDに代表されるアルゴリズムベースのものがあるが、Armはどちらを選ぶのか？」と聞いたところ「そもそもSuper Samplingを提供していない」とあっさりした返事。ただPCよりも消費電力枠の厳しいモバイル向けにこそSuper Samplingが求められる気はするのだが、短期的にどうこうという話はないようだ。

　ちなみにここまではImmortalis-G720の話をしてきたが、ではMali-G720/G620は？というのがこちら（図22）。要するにコアそのものは完全に同じで、コアの数で商品名が決まるという話であった。

図22　ちなみにValhall世代ではMaliはレイトレーシングの機能がなく、Immortalisのみ有効という話であったが、Gen 5でもこれは継承されるもよう。まぁコア数が少ないとレイトレーシングを有効にしてもまともに動かないのはPC向けGPUでよく分かっている［クリックで拡大］