PC硬件架构

CPU Cache

L1为CPU的一级缓存、L2为二级缓存，L1离CPU更近，访问速度高于L2，但容量比L2小

内存类型

VM (Video Memory，Video DRAM )
居于显卡上的显存， GPU直接访问，CPU无法访问

SM (SYSTEM MEMORY，System DRAM )
居于系统内存中，CPU能访问, GPU无法访问

AM (AGP momery Accelerated Graphic Ports，AGP DRAM) 
为了使系统和图形加速卡之间的数据传输获得比PCI总线更高的带宽，从SM上分配出来。
GPU能访问，CPU能访问。CPU读取AGP内存速度很慢，写的速度比读取稍微快，GPU读和写的速度比VM慢一些

资源类型

程序员在用DX创建不同类型的资源时，要根据资源的特点，来决定是放在VM、SM还是AM上

D3DPOOL_MANAGED （dx11对应D3D11_USAGE_DYNAMIC）
① 该类型的资源创建在SM上，在需要渲染时，pci到VM上，存在两份
DX会使用最近最少使用算法（LRU）来对VM进行释放，如果再次请求会在SM->(pci)->VM
② 设备失效后，VM那份丢失，将会自动从SM->(pci)->VM
③ 适用于静态物件(所有静态物件的veterx、index、GPU Skin等，凡是一次创建，终身使用，中途不再更改的)

D3DPOOL_DEFAULT （dx11对应D3D11_USAGE_DEFAULT）
① 有专属的分配优先级，分配原则：优先VM，次之AM，最后SM，等同于告诉DX抽象层：我要放在你认为最快访问的地方
② DX抽象层不负责该类型资源释放，用户自己进行release管理
③ 设备失效时，需要手动恢复
④ 适用于render targets、depth/stencil buffers等，gpu能快速访问

D3DPOOL_SYSTEMMEM （dx11对应D3D11_USAGE_STAGING）
① 放在SM中，不能用于图形管线，但格式仍然受到图形硬件、驱动限制（如：最大尺寸）。可通过pci随时对POOL_DEFAULT类型资源进行update
② 设备失效对该类型无影响

D3DPOOL_SCRATCH
① 放在SM中，不能用于图形管线，且不受图形硬件、驱动限制，资源之间可互相赋值。gpu无法访问
② 设备失效对该类型无影响

不同地组合情况见下图所示：

 

Mobile硬件架构

Mobile上使用统一的内存架构，CPU和GPU都通过总线来访问SM (SYSTEM MEMORY，System DRAM )

Geometry Data、Texture Data及Frame Buffer在SM中，GPU频繁地访问这些数据，会导致带宽消耗大，成为性能瓶颈

 

IMR（Immediate Mode Rendering）的管线

Mobile如果使用IMR（Immediate Mode Rendering）模式（直接在SM上读写Depth Buffer/Frame Buffer）的话

带宽消耗很大，另外与读写On-Chip Depth Buffer(SRAM) / On-Chip Color Buffer(SRAM)相比，耗电量很高（高出2个数量级）

Mobile设备通过DVFS（Dynamic Voltage and Frequency），动态控制手机功率，当耗电量大发热大时，就会引发降频，导致设备性能下降，游戏帧率低。

因此，Mobile上gpu的设计原则就是要尽量省电。

 

IMR模式流程图如下：

TBR（Tile-based rendering）的管线

基于上面原因，现代Mobile gpu都采用TBR（Tile-based rendering，基于图块的渲染）的管线

注：On-Chip Depth Buffer(SRAM) / On-Chip Color Buffer(SRAM)统称为Local Tile Memory

① 分块大小一般为16x16或32x32像素

② 在几何阶段之后，会执行分块(Tiling)，然后将各个Tile逐个执行光栅化，并最后写入到Frame Buffer中

③ 按Tile为单位处理，会大大减少对Primitive List/Vertex Data、Texture Data和Frame Buffer的读写，从而大幅度减低对带宽的占用

④ 引入On-Chip Depth Buffer和On-Chip Colour Buffer等片上Cache，gpu读写这些Cache速度极快，且不怎么耗电

 

TBDR（Tile-based deferred rendering）的管线

第一部分处理所有vertex shader，输出结果到主内存

第二部分为HSR（Hidden Surface Removal），在tile上执行。会先处理所有三角形的可见性，保存在一个专用的buffer里面。

这个buffer里，会保存tile里每个像素位置目前可见的三角形，应该执行哪个shader等信息

第三部分真正开始执行fragment shader，在tile上执行。因为第二部分里有像素级别精度的可见性信息，所以这步只会计算实际可见的像素，不可见的像素不会浪费GPU计算力。

避免Overdraw时的无用计算

 

Mobile上消耗带宽的常见原因

① 切换rendertarget    如：后处理、渲染shadowmap

② 大量采样贴图   如：在ps里面采样大的物体（地形、天空、大的建筑）的贴图 

③ 顶点、面数过多

 

参考

Understanding PowerVR Series5XT: PowerVR, TBDR and architecture efficiency

A look at the PowerVR graphics architecture: Tile-based rendering

A look at the PowerVR graphics architecture: Deferred rendering

How low can you go? Building low-power, low-bandwidth ARM Mali GPUs