为提升移动VR体验，ARM都做了哪些工作？

（昨天的这篇头条文章，还是有不少干货的，不过可能还是有不少人还没有看到，所以再发一遍。）

众所周知，在PC市场英特尔的X86架构可谓是独步天下，但是在移动市场ARM却是老大。资料显示，ARM架构的芯片已经占据整个移动市场95%左右的份额。据了解，目前搭载ARM架构处理器的智能手机已经超过了30亿台。同样，在目前火热的VR市场，ARM也希望在移动VR这块复制手机市场的成功。

据虚拟现实研究机构kzero的数据显示，预计到2018年VR设备的出货量将达到5680万台。ARM认为，面对VR这样一个全新的市场，将是一个全产业链的新机会。不过，相比PC级的VR设备来说，移动VR设备在体验上确实要落后很多。为了进一步提升移动VR的体验，ARM现在也开始发力了。在本月中旬在北京召开的ARM Tech Day上，ARM对其在VR市场的布局进行了详细的介绍。

VR体验的关键指标

我们都知道“眩晕感”是目前VR所面临的一个非常大的问题。而要想解决这个问题，则需必须要达到一些硬性的指标。ARM认为提供高端的VR用户体验关键指标需要达到:（1）、图像刷新率要达到120Hz；（2）、屏幕分辨率达到4K；（ 3）、图形处理的延时小于4ms ；（4）、4倍的多采样抗锯齿性能。

显然，要想达到高端的VR体验，这对于CPU、GPU等等多方面都提出了更高的要求。但是，现有的移动芯片基本上都难以满足这样的要求。不过ARM最新推出的CPU核心Cortex-A73以及GPU核心Mali G71则有望解决这个问题。ARM也坦言，目前Cortex-A73 + Mali G71是最为适合移动VR设备的组合。

更高效“持久”的处理器核心：Cortex-A73

在5月30日，ARM正式发布了代号为Artemis的全新一代旗舰级CPU架构——Cortex-A73。官方宣称Cortex-A73是迄今为止面积最小、最高效的ARMv8-A 64位核心。

在此次的ARM Tech Day活动上，ARM处理器部门技术总监兼研究员Peter Greenhalgh为我们详细的介绍了这款处理器。Peter Greenhalgh称，Cortex-A73在微架构上做了很多的优化，不仅兼容之前的指令集，可以与A53/A35组合，而且还支持双发乱序执行、支持128bit总线，最高可支持1TB内存。此外，A73还在发射队列和平衡算法上做了提升。完全双发射乱序的存读取机制，一级和二级缓存做了预取机制，可持续读取数据，且不会有性能丢失。

A73相比A72在BBench性能上提升了10%，NEON上提升了5%，内存读取性能上提升了15%。所以，在10nm工艺的情况下，A73整体性能比A72提升了30%(微架构上提升了10%，在可持续上提升了额外的20%)。

这里需要特别指出的是，相比之前的A72、A57等大核心来说，A73在性能上拥有非常强的可持续。比如A72在跑分时会维持比较高的频率，但是很快芯片温度就会上来，CPU过热就会自动降频，性能也会大大下降。而A73由于本身就是一个非常高效的核心，功耗也比较低，所以可以在长时间的维持在高性能的状态。

而且在同样制程的情况下，A73功耗比A72还要低20%。

此外，A73也支持big-LITTLE架构，可以与A53和A35组成大小核，与八核A53相比，A73双核+A53四核在多核性能上可以提升30%，单线程的性能可以提升90%。

在芯片面积上，A73也是ARM目前最小的核，单核只有0.65mm²。在同样的制程下，A73面积比A72要小25%，10nm的A73面积要比16nm的A72要小46%。die size的缩小，也意味着功耗和发热的进一步降低，同时客户在芯片成本上可以得到一定的降低。

从上面的介绍，我们不难看出，A73的特点在于高效能、低功耗、芯片面积小、性能可持续性。而VR设备在使用时，很多时候都是需要长时间维持在较高的性能的状态下，而且对于功耗和发热要求也比较高。显然这些特性都使得A73非常的适合应用在VR设备上。

另外，由于10nm制程还没有那么快量产，所以A73还针对积电16nm FinFET Compact工艺实现了优化，这也使得有助于ARM的SoC合作伙伴可以更低的成本，更快的、更稳定的推出基于Cortex-A73的产品。同时，优化的Cortex-A73 POP解决方案还将进一步帮助芯片厂商促进自身核心技术实施，并缩短流片周期。

更强的图形及多媒体处理器

随着手机设备的分辨率越来越更高，用户对于显示效果的要求也越来越更高，特别是对于VR设备来说，要想拥有良好的体验，这方面的要求将会更高，所以ARM推出了全新的GPU微架构——“bifrost”。Mali-G71则是首款“Bifrost”架构的图形处理器，代表了高端移动图形技术的全新水准，同时仍然维持着超高的能效，非常适合下一代高端应用，比如大型游戏、移动VR等等。

Mali-G71的配置非常灵活，核心数量最少1个，最多可达32个，二级缓存128-2048KB，相比于此前最高端的Mali-T880系列，Mali -G71的能效可提升20％，它的性能密度可提升40％，外部内存带宽可节省20％。

据ARM介绍，Mali-G71是一款面向高端市场的GPU，16核心的Mali-G71在图形性能上已经追平了2015年中端的独立显卡Nvidia GForce  940M，足见Mali-G71之强悍。与此同时，Mali-G71的核心面积相比之前的产品要更小，同时核心数是可以根据特定产品的性能需求来灵活配置的，对于图形性能要求较高的产品，比如VR设备，可以配置更多的核心数。

ARM称Mali GPU是实现VR体验的最佳助力！

除了GPU之外，ARM Mali多媒体IP组合中还有视频处理器和显示处理器。

ARM的Mali-V550是全球第一款单芯片单核心即可同时支持H.265 HEVC格式视频编码、解码的方案(上代V500是单芯片H.264编解码)，单核心可以最高支持1080p/60fps，如果堆叠八个核心则可支持4K/120fps。Mali-V550同样也支持AFBC帧缓存压缩技术 （ARM's Frame Buffer Compression），可以大幅减轻内存带宽压力，提高能效。对于VR设备来说，Mali-V550可以同时支持双路视频流输出。

而即将推出的Mali Egil视频处理器，将进一步完善了HEVC编码支持，并为VP9提供完整的编码/解码支持。对于色深的支持也由原来的8bit达到了10bit。

今年一月，ARM还推出了号称拥有最强性能、最高能效的显示控制器“Mali-DP650”，相比于上代Mali-DP550，它将AXI总线位宽翻番到了128-bit，支持MMU预取、更多的4K复合层，对内存延迟的处理也更好。此外，Mali-DP650还重点强化了对设备屏幕分辨率的支持，能轻松支持4K分辨率60fps帧率。同时，Mali-DP650还支持分屏显示模式功能。

ARM称，Mali多媒体IP组合可支持自适应可伸缩纹理压缩(ASTC)以及帧缓冲压缩(AFBC)，针对VR设备可大幅缩减近50%的系统带宽需求，并可跨多个核心进行完整的效能调整，提供高画质解析度以及节能效果。

支持全新Vulkan API

2016年2月16日，Khronos Group发布了Vulkan API的首个正式版本，它将是一个跨平台、高效能、免费的开放API标准。被认为是一个真正意义上能与OpenGL、Direct3D分庭抗礼的全新图形接口项目。 2016年4月，Google在第二个Android N的开发预览版中正式加入了Vulkan的支持。

Vulkan将率先应用于类似Unity和Epic Games这样的3D游戏开发和VR引擎的制作团队。这些引擎只需要添加一个Vlukan后台，即可大大提高GPU利用率。Vulkan可以将计算核心和图形着色渲染进行统一管理，无需使用单独的计算API和图形API进行连接。开发者可以花更少时间做开发和优化。

对于VR设备来说，“延迟”是一个非常影响体验的问题。而Vulkan的优势则在于，可以让软件开发者创造更快更低延迟的VR体验。相比Open GL，由于Vulkan更加简洁，所以可以减少可导致低频干扰的繁琐调用步骤。此外，Vulkan还可以带来更低的功耗，减少对电池的压力。

作为Khronos Group成员，现在ARM其高端Mali系列都已经开始支持全新的Vulkan API。

ARM称，Vulkan将帮助开发者进一步发挥Mali系列GPU的性能，同时也将会为基于Mali系列的VR/AR产品带来更出色的体验。ARM认为未来Vulkan将会替代桌面的OpenGL和移动平台的OpenGL ES。

Mali VR SDK

为了便于VR产品开发者进一步挖掘Mali的性能，ARM还推出了Mali VR SDK，可以帮助开发者更快的创建VR应用，同时进一步提为用户带来更高的性能和视觉体验。

据了解，Mali VR SDK完全基于NDK和OpenGL ES 开发，无需任何额外的引擎与中间件支持。

Enligten动态全局光照技术

除了提供适合VR的硬件与技术之外，ARM还有针对VR内容开发的一项技术——Enligten动态全局光照技术。

Enlighten光源引擎技术是由Geomerics公司设计的首款针对计算机绘图的实时全局光影技术，早在2013年12月，ARM就正式收Geomerics公司。由此，Enligten成为了ARM力推的一项技术。

Enligten动态全局光照技术可在 3D绘图中创造先进且逼真的光影效果。目前典型的绘图应用仅限于简单、直接的光影效果。而透过采用全局光影技术，如复合反射效果、折射、阴影等先进特效，可提供更逼真的绘图质量。

制作拟真 3D 视觉化的最大挑战，就是呈现光影所需耗费的时间。以往变更场景中的物件后，都要花上好几小时才能看见成果。Enlighten技术能为客户提供完全动态的使用体验，大幅缩短呈现照明效果所需要的时间。

《星际大战：战场前线》(Star Wars Battlefront) 、《完美世界》等大型3D游戏中都采用了 Enlighten的动态全局光照技术。今年5月ARM还宣布已将Enligten技术授权给澳洲公司 Yugen，用来制作VR版的样板房。

随着VR市场的兴起，Enligten也将成为VR领域的一项重要技术。

小结：

以ARM对于高端移动VR体验的标准来看，目前的大部分移动VR设备体验都还是在初级阶段，只能拿来看看3D/全景视频，玩玩小游戏，根本无法与X86架构的主机/PC级的VR设备相提并论。当然移动VR也有其自身的优势，比如更轻便便携、价格更实惠等。但是不同于其他品类的产品，对于VR设备来说，体验才是最为重要的。而通过上面的一番介绍，我们也能看到，为了提高移动VR设备的体验，ARM也确实做了非常多的工作，而且涵盖了多个层面，这些对于下一代移动VR设备的体验的提升将会带来很大的帮助。

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作者：芯智讯-浪客剑

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