分块渲染
介绍
Tile based rendering，分块渲染。
通过阅读本文，你将知道，
- 什么是
Tile based rendering Tile based rendering相较于Immediate rendering的优缺点有哪些
渲染
在介绍分块渲染之前，先介绍一下什么是渲染。
如上图，将模型转换为图像的过程称为渲染。例如，
图. 3D模型
图. 图像
渲染的底层原理是计算机图形学。
渲染的逆过程称为计算机视觉，比如，
图. 人脸识别
图. 自动驾驶
渲染的分类
渲染分为实时渲染（realtime）和离线渲染（offline），例如，
图. 电影或模型的制作。离线渲染对实时性要求不高，更加注重渲染效果
图. 电脑游戏。对实时性要求较高，30帧/秒以上并伴随着实时的操作
按照渲染管线，可以分为，
- 固定功能的渲染管线（Fix-function rendering pipeline）
- 可编程的渲染管线（Programmable rendering pipeline）（主流）
按照渲染架构，可以分为，
- 统一渲染架构（Unified shader architecture）（主流）
- 分离式渲染架构
按照渲染方式，可以分为，
- 分块渲染方式（Tile-based rendering）（主流）
- 立即渲染方式（Immediate rendering）
本文主要介绍分块渲染方式，其他请参看其他文章。
分块渲染
分块渲染首先出现于移动 GPU。
移动 GPU 的设计在面对 PPA（性能 Performance、功耗 Power、面积 Area）的取舍时，总是优先考虑功耗，这是与桌面 GPU 设计的最大区别。桌面 GPU 更加关注性能。
那什么是分块渲染？为何分块渲染可以减少功耗呢？
将待渲染区域划分成若干块并行渲染的渲染方式称为分块渲染。如下图，
可以看到，分块渲染方式将一帧图像划分成了若干个小块分别渲染。
前面提到，分块渲染出现的一大目标是要降低功耗。影响功耗的常见因素有：时钟频率，芯片工艺，访存带宽，功耗管理等。
分块渲染可以明显降低访存带宽，从而达到降低功耗的目的。如上图，分块渲染相较于传统的立即渲染增加了一个片上缓存（Tile buffer）。该片上缓存包含渲染这个方块所需要的颜色缓冲区、深度模板缓冲区。所以，渲染该方块的缓冲区访问都是片上操作，并且渲染完成后，只需要回写颜色缓冲区到显存（Frame buffer）即可，深度模板缓冲区不必写回。这样既提升了访存效率，又减少了访存操作。
分块渲染带来的副作用是，在渲染管线的几何阶段需要额外的访存操作。这是为什么呢？
传统的立即渲染方式的处理流程为，
而分块渲染的处理流程为，
每个方块在开始渲染之前，需要统计出该方块所覆盖的所有的图元。所以，出现了上图中的竖线所示的截断现象，也叫延迟。
并且，每个方块所覆盖的图元信息需要写回到显存，然后在后续的操作中再从显存读取出来。因此，分块渲染相较于立即渲染增加了额外的访存操作。
附录
图片来源
- Saya: Big ambitions for Japanese 'digital daughter'
- On NVIDIA's Tile-Based Rendering
- GAMES101: 现代计算机图形学入门
