GPU专栏(四) 基于块的渲染(Tile Based Rendering)

IMG使用了基于块的渲染管线，而且是更进一步，名为TBDR, 在这之前，我们先来了解一下TBR, 这些都是移动端GPU常用到的技术。

Q1：什么是TBR, 以及为什么要用TBR?

我觉得要回答这个问题，前提是要先了解一下，GPU的显存、GPU内部的on-chip color buffer, 以及系统内存之间的关系；

显存，类似于系统的内存，但它是显卡专用的内存。显存主要用来缓存 GPU 处理过的或者即将提取的渲染数据。显存主要包括容量、频率和位宽这三个参数。

带显存的GPU一般是桌面端PC专享，因为不需考虑功耗，可着高性能使劲造就行；也正是配合着支持大带宽的显存，桌面端才肆无忌惮的使用IMR技术。比如之前片元着色完成后，假设后面会有alpha blending, 那么就不可避免的会有大量的读改写过程。

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

 

 所谓IMR就是，无脑对每一次drawcall都执行，这样的情况下，即使远处的物体被近处的物体覆盖而无法显示，但是还是会被过绘制，缺点是显而易见的，对gpu的性能可能带来不必要的浪费。

以往这些都是依赖消耗GPU大量的显存带宽来完成（上图中Framebuffer Working Set的部分），在移动端GPU中，显然不可能有这种享受。移动端GPU要考虑性能功耗的平衡，而且没有显存可用，只能和CPU共用系统内存，所以没办法，只能想办法优化。首先是硬件上搞了个片上内存，也就是IMG文档中的那个on-chip color buffer, 然后呢，这个片上内存显然不会很大，但是速度很快，比系统内存要快；基于这种特性，按照分块来处理着色过程就是很自然的想法了。首先是每个draw call，只执行vertex shader, 确定好图元的位置后，并不直接执行frag shader, 而是开始进行分块，也就是Tilling, tile大小大概是16x16, 然后呢，每个tile中会由一个list记录在此tile中的所有片元，所有的这些完成后才会进行光栅化以及进入frag shader的处理，然后frag shader就会遍历每个tile, 然后再对每个tile中的片元执行着色，以及做alpha blending等，所有这些都是在片上内存中完成的，减少了对系统内存的大量读写操作。最终所有tile处理完，才写入DDR中。这么一搞，就节省了系统带宽，降低了功耗而且减少了性能的浪费。上述过程对应的伪代码就是:

# 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)

 

 基于tile的渲染还可以结合FBC技术进一步压缩带宽【比如IMG的TFBC技术】，这大概也就是为什么你看到了IMG的FBC也是分块的原因吧。

当然，上述方式要说缺点也是有的，那就是增加了Geometry Working Set的开销，所以还是有关于权衡的艺术。