只要過(guò)程存在，合成 GPU 基準(zhǔn)測(cè)試和其他性能基準(zhǔn)測(cè)試就一直是嵌入式行業(yè)爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。從歷史上看，GPU 基準(zhǔn)測(cè)試除了關(guān)注性能的宏觀子部分之外幾乎沒(méi)有提供什么，同時(shí)聲稱(chēng)告訴人們 GPU 的整體性能?？蛻?hù)應(yīng)得的不僅僅是這些，尤其是考慮到這些數(shù)字與購(gòu)買(mǎi)決策相關(guān)的權(quán)重時(shí)。

當(dāng)今的基準(zhǔn)測(cè)試問(wèn)題可以總結(jié)為一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題：在投資任何形式的技術(shù)時(shí)，您是否會(huì)更自在地了解使用現(xiàn)實(shí)世界的示例執(zhí)行某項(xiàng)操作，或者您是否愿意在理論上的情況下工作？了解諸如 GPU 提供用戶(hù)喜愛(ài)游戲的圖形的難易程度以及以合適的 fps 播放它們的時(shí)間長(zhǎng)度等信息對(duì)消費(fèi)者和 OEM 級(jí)別都有用。

移動(dòng) GPU 正處于類(lèi)似于桌面 GPU 基準(zhǔn)測(cè)試所經(jīng)歷的演變之中：

· 第 1 階段：基準(zhǔn)測(cè)試包括對(duì)每秒架構(gòu)三角形和每秒像素速率的極度理論化和有些混淆的比較。

· 第 2 階段：以前的基準(zhǔn)被開(kāi)發(fā)成實(shí)際應(yīng)用程序，據(jù)稱(chēng)可以在任意旋轉(zhuǎn)物體之前測(cè)量三角形和像素。

· 第 3 階段：基準(zhǔn)包括專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于測(cè)試 GPU 的最大計(jì)算能力的合成游戲場(chǎng)景。這就是我們現(xiàn)在使用移動(dòng) GPU 的地方。

· 第 4 階段：基準(zhǔn)擴(kuò)展以涵蓋通過(guò)運(yùn)行實(shí)際內(nèi)容獲得的指標(biāo)比較，并以此為基礎(chǔ)評(píng)估每個(gè) GPU 的優(yōu)點(diǎn)。

案例研究：實(shí)際應(yīng)用與綜合基準(zhǔn)測(cè)試

逐幀檢查基準(zhǔn)可以為情況提供更多色彩。當(dāng)前流行的基準(zhǔn)測(cè)試聲稱(chēng)對(duì) GPU 進(jìn)行壓力測(cè)試，以發(fā)現(xiàn)它們?cè)谔囟〞r(shí)間段內(nèi)可以提供的最大幀數(shù)。雖然有些觀眾可能想知道，一臺(tái)設(shè)備能夠在固定時(shí)間段內(nèi)交付 300 多幀特定內(nèi)容，而不是另一臺(tái)只能交付 250 多幀的設(shè)備，但這并不是消費(fèi)者真正需要的內(nèi)容。這充其量是任意的，并且不符合他們可能對(duì)設(shè)備的任何體驗(yàn)。

ARM 一直在內(nèi)部運(yùn)行基準(zhǔn)測(cè)試，其中包含來(lái)自應(yīng)用商店中支持 OpenGL ES 的頂級(jí)游戲的超過(guò)一百萬(wàn)幀的真實(shí)內(nèi)容，分析多個(gè)性能領(lǐng)域。我們正在使用像憤怒的小鳥(niǎo)這樣的流行游戲，并正在分析 CPU 負(fù)載、每秒幀數(shù)、uArch 數(shù)據(jù)以及大量與 GPU 無(wú)關(guān)的 API 使用情況和渲染流組合數(shù)據(jù)。該分析中收集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了一些非常有趣的結(jié)果。例如，在同一 GPU 上的《狂野飆車(chē) 7》和其他高清游戲中的圖像似乎顯示出相似級(jí)別的圖形用戶(hù)體驗(yàn)。這會(huì)讓用戶(hù)相信它們是由大致相似的工作負(fù)載水平構(gòu)成的，但事實(shí)并非如此（圖 1）。

圖 1：測(cè)試結(jié)果似乎顯示了相似級(jí)別的用戶(hù)體驗(yàn)，因此也顯示了相似級(jí)別的工作負(fù)載，但事實(shí)并非如此。

在檢查來(lái)自流行基準(zhǔn)測(cè)試的數(shù)據(jù)與來(lái)自實(shí)際應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)時(shí)，基準(zhǔn)測(cè)試的片段計(jì)數(shù)與流行游戲的片段計(jì)數(shù)相似，而頂點(diǎn)計(jì)數(shù)則超過(guò)了屋頂。在全球范圍內(nèi)，該基準(zhǔn)在 1080p 時(shí)的原始與片段比率的平均值為 1:13.1。但是，通過(guò)逐個(gè)繪制調(diào)用檢查內(nèi)容繪制調(diào)用，50% 的 Benchmark C 繪制調(diào)用的基元與片段的比率小于 1:1，另外 24% 的比率小于 1:10，這直接與超過(guò) 1:10 的推薦指南（圖 2）。這樣做的效果是，基準(zhǔn)測(cè)試并沒(méi)有給人以整體性能的感覺(jué)，它實(shí)際上變成了性能單個(gè)方面的微觀基準(zhǔn)，由于實(shí)際應(yīng)用程序中的工作負(fù)載更加平衡，這很少是一個(gè)因素。

圖 2：在檢查實(shí)際應(yīng)用程序數(shù)據(jù)時(shí)，圖 1 的 Benchmark C 繪圖調(diào)用給出了誤導(dǎo)性的性能結(jié)果。

實(shí)際游戲更加平衡和一致，微三角形更少，大多數(shù)繪制調(diào)用每個(gè)三角形處理超過(guò) 10 個(gè)片段。基準(zhǔn)測(cè)試提供商承認(rèn)他們使用高頂點(diǎn)數(shù)來(lái)給 GPU 施加壓力，聲稱(chēng)它為用戶(hù)提供了關(guān)于他們的 GPU 將如何響應(yīng)未來(lái)內(nèi)容的“現(xiàn)實(shí)”反饋。然而，這種壓力測(cè)試顯然是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)樗荒軠?zhǔn)確地反映消費(fèi)者日常使用的應(yīng)用程序中使用的片段和幾何形狀的平衡。

幾何不平衡沒(méi)有考慮到移動(dòng)設(shè)備性能方面的最大限制因素：帶寬（圖 3）。

圖 3：與實(shí)際應(yīng)用相比，基準(zhǔn)測(cè)試中的相對(duì)帶寬。

現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用程序在整個(gè)渲染中使用的帶寬平衡更加一致。我們?cè)谶@里看到的是幾何圖形使用的帶寬增加了 3-8 倍，這意味著可用于片段生成的帶寬更少——這是用戶(hù)實(shí)際看到的。通過(guò)關(guān)注架構(gòu)選擇的微觀效應(yīng)而不是宏觀性能效應(yīng)，這再次產(chǎn)生了對(duì)能力的錯(cuò)誤印象。實(shí)際上，這些基準(zhǔn)所強(qiáng)調(diào)的所謂差異對(duì)于實(shí)際用例的最終用戶(hù)永遠(yuǎn)不會(huì)被察覺(jué)，但會(huì)助長(zhǎng)軍備競(jìng)賽，推動(dòng)硅足跡和功率包絡(luò)以支持更大數(shù)量的生產(chǎn)。

改變的五個(gè)步驟

由于綜合基準(zhǔn)不會(huì)消失，它們至少應(yīng)該遵循以下規(guī)則：

· 遵循摩爾定律：摩爾定律（計(jì)算潛力每 18 個(gè)月翻一番）適用于 GPU 和 CPU。與去年同期相比，基準(zhǔn)中表示的平均工作量不應(yīng)超過(guò)上一年的兩倍，并且應(yīng)保持平衡。這樣，公司就不會(huì)試圖超越摩爾定律。

· GPU 超帶寬測(cè)試：每幀 60 fps 的原始帶寬不應(yīng)超過(guò)可用帶寬。未來(lái) 24 個(gè)月的帶寬基準(zhǔn)應(yīng)設(shè)置在典型的移動(dòng)設(shè)備上。使測(cè)試的目標(biāo)盡可能獨(dú)立，無(wú)論設(shè)備是否具有高帶寬容量。

· 使用公認(rèn)的技術(shù)：技術(shù)應(yīng)與當(dāng)前的最佳實(shí)踐相一致，并適合場(chǎng)景類(lèi)型。這些技術(shù)也應(yīng)該與移動(dòng)市場(chǎng)相關(guān)（參見(jiàn)帶寬規(guī)則）。

· 過(guò)多的幾何圖形不是可接受的工作負(fù)載代理：應(yīng)平衡每個(gè)繪制調(diào)用的基元與片段比率。許多當(dāng)前的基準(zhǔn)具有太多的幾何形狀。10 frags/prim 規(guī)則應(yīng)該是最低水印。

· Overdraw 不能代表工作量：在任何表面上超過(guò) 2 倍的 Overdraw 平均值并不具有代表性。相反，添加一個(gè)為用戶(hù)提供視覺(jué)投資回報(bào)的功能（他們可以實(shí)際看到的東西）。

GPU 基準(zhǔn)測(cè)試還有很長(zhǎng)的路要走；然而，采用上述規(guī)則至少會(huì)使綜合基準(zhǔn)測(cè)試更接近于代表真實(shí)內(nèi)容的東西。

移動(dòng)內(nèi)容世界本身就是動(dòng)態(tài)的并且不斷發(fā)展。最終，為了應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題，行業(yè)將不得不到達(dá)一個(gè)類(lèi)似于桌面的地方，真正的應(yīng)用程序工作負(fù)載成為基準(zhǔn)，從而可以更全面地了解 GPU。

審核編輯：郭婷