M1 Mac开源驱动开发者揭秘了苹果定制GPU解决方案的特殊渲染方法

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M1 Mac开源驱动开发者揭秘了苹果定制GPU解决方案的特殊渲染方法
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尽管苹果一直在 M1 系列定制处理器的内部细节守口如瓶,但为 M1 Mac 硬件打造开源驱动程序的 Asahi Linux 发行版开发团队,还是努力在对其展开逆向工程。可知在艰苦的逆向工作期间,他们也发现了一些相当古怪且酷炫的地方。以 M1 开源图形驱动程序为例,Alyssa Rosenzweig 最近就在 M1 GPU 渲染管道中发现了一个化解错误的关键点。

M1 Mac开源驱动开发者揭秘了苹果定制GPU解决方案的特殊渲染方法插图

据悉,问题始于 GPU 对内存访问的不畅。作为一款性能超强的 GPU,它与?iPhone?上的 A 系列移动SoC 一样,需要通过走一些捷径来保持高效率。

可知与独显相比,M1 没有直接渲染到帧缓冲区,而是对帧进行两次传递 —— 首先找到顶点,然后搞定其它更加密集的事务。

M1 Mac开源驱动开发者揭秘了苹果定制GPU解决方案的特殊渲染方法插图1

为此,苹果利用了专用硬件将帧分割成小块(基本上是迷你帧),并于二传时一次取一个小块来处理。

平铺方案很好地化解了缓存资源不足的问题,但为了稍后将之凑成完整的一帧,GPU 需要保留每个顶点数据的缓冲区。

结果 Rosenzweig 发现,每当这个缓冲区溢出时、渲染就无法正常进行下去。

M1 Mac开源驱动开发者揭秘了苹果定制GPU解决方案的特殊渲染方法插图2

苹果在某个演示文稿中解释称,当缓冲区已满时,GPU 只会输出部分渲染(本例中为半只兔子)。

在第一方应用程序中,苹果称之为参数缓冲区,且这个名词术语似乎取自 Imagination 的 PowerVR 文档。

作为一家总部位于英国的、与 ARM 类似的芯片设计公司,Imagination 于 2020 年初与苹果签署了一项广泛的知识产权许可协议。

而 2020 下半年上市的 M1 定制 SoC,就以该公司的 PowerVR GPU 架构为其图形硬件的基础。

M1 Mac开源驱动开发者揭秘了苹果定制GPU解决方案的特殊渲染方法插图3

言归正传,正如你可能已经猜到的那样,软件可通过将各部分渲染叠加到一起、以完成整只兔子的渲染(当然中间还有十几个额外的步骤)。

遗憾的是,这种渲染方式仍然不太准确(仔细留意兔子的足部)。Rosenzweig 指出,这是因为帧的不同部分在颜色 / 深度缓冲区之间被分割,而后者在加载部分渲染时会出现异常行为。

好消息是,得益于苹果驱动程序的逆向工程参考配置,Asahi Linux 开发团队最终搞定了这个问题,最终渲染输出的兔子如图所示。

M1 Mac开源驱动开发者揭秘了苹果定制GPU解决方案的特殊渲染方法插图4

TechSpot?总结道:不仅 Rosenzweig 的 M1 开源图形驱动程序跳过了相关环节来渲染图像,而是该 GPU 在架构设计之初就没有考虑到此类 3D 渲染应用场景。

即便如此,苹果还是相当巧妙地让 PowerVR 图形 IP 成为了可与独显相媲美的软硬件解决方案。即便在许多方面都没有实现完全的超越,其表现依然相当酷炫。

最后,想要深入了解 M1 GPU 渲染工作、以及针对 M1 逆向工程的其它探索,还请移步至 Rosenzweig 的个人技术博客和 Asahi Linux?发行版网站查看。

文/cnBeta

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