高通 Snapdragon Elite Gaming:讓手機變成“口袋裏的遊戲機”!

雷鋒網 於 29/07/2021 發表 收藏文章
很多人都不知道,最大的桌面GPU生產商不是英偉達,更不是AMD,而是英特爾。在智能手機佔領世界的今天,很多人也沒意識到,累計出貨超過25億台採用Adreno GPU設備的高通,已經是最大的GPU生產商之一。


手機不但是真正意義上的“口袋裏的遊戲機”,而且是幾乎人手一台的“掌機”。即便全球疫情形勢嚴峻,移動遊戲還在爆炸式增長,並佔據全球遊戲收入的半壁江山。全球有超過27億的移動遊戲玩家,有近10億人只用智能手機玩遊戲。

作為Android遊戲首選平台、各類遊戲手機和旗艦的幕後功臣,高通最近幾年一直在移動遊戲的科技樹上瘋狂輸出,一邊是旗艦芯片的性能提升,一邊是不停引入新特性的Snapdragon Elite Gaming遊戲引擎。

決定性能的提升,罕見的三旗艦佈局

説到遊戲,大家都會下意識地聯想到性能。我們今年也看到罕見的“驍龍870/888/888 Plus三旗艦”佈局。

驍龍870是高端遊戲的“守門員”,也是高通史上最強的次旗艦SoC。在前旗艦驍龍865的基礎上,驍龍870的超大核頻率從2.84GHz一舉提升至3.2GHz,刷新近幾年移動SoC的頻率記錄,單核性能提升12%,多核性能提升5%。


歷代驍龍SoC的CPU性能對比

而驍龍888則是Android陣營超大核的最強音,CPU部分是Kryo 680構架,搭載有1MB L2緩存的2.84GHz Cortex-X1架構超大核,帶着Android陣營突破了GeekBench單線程1100分大關。


歷代驍龍SoC的GPU性能對比

而驍龍888的Adreno 660,更是近年來提升最大的GPU,頻率高達840MHz,性能提升35%,能效比提升20%。實際GFXBench測試中,驍龍888的GPU提升在29%-43%之間,而3D Mark的提升也有27%到53%。

在6月28日發佈的驍龍888 Plus,進一步把X1超大核的主頻提升到2.995 GHz(3.0GHz),AI性能提升超過20%,算力達到32 TOPS,暫時未知其GPU會否有進一步的頻率提升。

把驍龍820到驍龍888的歷代高通旗艦放在一起,就能直觀發現,移動CPU和GPU在5年間不停地穩步提升,最終達到數倍的性能提升。但比起CPU,今年驍龍888在GPU方面的漲幅確實遠超正常值。

Snapdragon Elite Gaming科技樹詳解

和桌面遊戲不同,移動端遊戲是個系統級的需求,單有CPU和GPU的絕對性能還遠遠不夠。手機還需要兼顧畫質、音質、觸控操作、網絡延遲、續航等多個部分。

所以高通在2019年的驍龍855上,發佈了第一代Snapdragon Elite Gaming遊戲引擎,開始系統化地進行遊戲優化。經歷了2020年初的驍龍865和2020年底的驍龍888上的演進,Snapdragon Elite Gaming已經發展到第三代。

每一代Snapdragon Elite Gaming都會引入眾多不同方向的遊戲特性支持,三代下來,已有十數種不同的特性,市面上有超過1000款支持Snapdragon Elite Gaming特性的手機,用户數以億計。

但網絡上並沒有太多關於Snapdragon Elite Gaming的完整介紹,所以我們這次為大家進行簡單的整理歸類。


Snapdragon Elite Gaming本質上是為遊戲設計的一整套軟硬件特性合集,使命是將移動設備轉變為功能強大的遊戲機。圍繞的是遊戲相關的底層技術、畫質和幀率、操控和流暢度、音頻和網絡優化的技術佈局。

初代Snapdragon Elite Gaming帶來了基於物理的渲染 (PBR)、True HDR10、電影級後處理、系統級遊戲卡頓優化方案、遊戲網絡時延管理等特性。

第二代Snapdragon Elite Gaming在前代的基礎上進行增強和補完,包括超流暢遊戲體驗、最高HDR品質、端遊級特性幾大類,並在移動端第一次提供144Hz遊戲體驗、第一次支持GPU驅動更新和第一次支持True 10-bit HDR。

而現在的三代Snapdragon Elite Gaming,得益於有史以來最大的一次GPU性能提升,高通加入了全新的Game Quick Touch和VRS可變分辨率渲染技術,將更多的端遊級特性帶到移動端。

端遊級的底層技術引入

Snapdragon Elite Gaming的底層,包括Vulkan 1.1、GPU驅動程序更新、端遊級正向渲染和VRS可變分辨率渲染等幾個技術。核心是大量引入和跟進端遊級圖形技術支持,逐漸拉近移動端和端遊級圖形技術的差距。

Vulkan 1.1是新的低開銷二三維圖形計算程序接口(API),Adreno GPU對其的硬件和軟件支持,能方便遊戲開發商更好地控制遊戲的陰影、深度和細節,提供電影品質的遊戲畫面。

 

多重動態陰影↑

畫面真實性方面,高通使用端遊級的正向渲染,帶有大量桌面端才有的高級渲染特性,包括端遊級景深(遠近景模糊的”鏡頭感“)、多動態光源(多光源下的物體光影)、多重動態應陰影(更真實的陰影表達)、運動模糊(模擬高速運動物體的視覺模糊)、平面反射(基於PBR物理渲染,根據物理材質變化產生不同的反射效果)等。

而熟悉的GPU驅動程序更新,同樣是以前桌面端才有的特性。高通在驍龍855平台首發GPU驅動更新功能,之後的驍龍865/865+/870和驍龍888都支持,但至今也只有Adreno GPU支持。除延長產品壽命外,新驅動可以針對新的遊戲大作進行優化和適配,更好的“壓榨”現有產品的性能。


如果説上面的特性是填補移動端的圖形技術空缺,拉近和桌面端的距離,那驍龍888上最新的VRS(Variable Rate Shading)可變分辨率渲染技術,則是一下子把移動GPU放到了圖形技術的前沿。

PC玩家對VRS應該都不會陌生,其最早在NVIDIA的圖靈架構引入,可以用更低功耗達到同等畫面效果,或者以相同功耗達到更好的畫面效果。而AMD也要等到RNDA 2構架GPU之後才加入VRS的支持。

高通VRS的原理和PC端接近,VRS允許着色器以2個或4個像素分組着色,並將着色結果複用到周圍像素。GPU能只針對核心角色和特效進行高質量渲染,而遠景、動態運動且快速變化畫面則使用多像素合併的方式渲染。

 

《戰神遺蹟》手遊

以前“性能和畫面效果”是天平的兩端,需要開發商和用户從中做取捨。但VRS利用人類對邊緣、遠景、動態模糊等非重點區域弱化處理的生理和心理特徵,降低非重點區域的渲染等級,讓GPU能在畫質、幀率和功耗之間取得更好的平衡。

以旗艦機典型的2K分辨率遊戲場景為例,現在2K屏的像素數目一般都超過400萬,就算按照16:9標準,也有368萬個彩色像素。如果全分辨率渲染,將對移動GPU造成巨大的壓力。

但VRS可以將使整體陰影的像素總數減少40%,在360萬像素的場景中,僅使用140萬像素對整個幀畫面進行着色,從而大大減少GPU工作量。高通表示VRS能讓遊戲整體性能提升30%。
VRS主要作用於類似賽車遊戲中高速移動且被動態模糊的道路和磚面、吃雞遊戲中遠處被景深算法虛化掉的遠景和畫面邊緣等區域。在節省大量GPU算力的同時,觀感差別卻難以察覺,從而在接近畫面效果的基礎上,提升渲染速度並降低功耗。

雖然大型遊戲的開發週期較長,但首批支持移動端VRS的遊戲已經陸續上市了。名聲最大的是高通分別和OPPO、iQOO合作的網易《天諭》和完美世界《戰神遺蹟》。

此前iQOO 7公佈過VRS的測試結果。在《戰神遺蹟》90幀極致畫質下,開啓VRS後,iQOO 7的幀率穩定性提升16.7%,掉幀率降低19.2%。而對於遊戲的整體體驗,整機功耗降低19.8%,圖形渲染功耗降低31.0%。

VRS“白嫖/節省”的性能,讓移動設備變相獲得更高的性能上限,開發商可以利用VRS節省下來的性能去做出更復雜、更大型的遊戲。

流暢度與畫質提升

這部分是Snapdragon Elite Gaming對Android設備高刷和高色深屏幕普及的迴應。關鍵詞是高幀率、HDR、色彩增強。

僅僅兩年時間,主流Android設備的屏幕刷新率就從60Hz、90Hz,走到120/144Hz。為此,2020年初的驍龍865首發144Hz遊戲支持,讓遊戲引擎無需鎖定在60Hz,可根據渲染負載靈活調節幀率。

隨後的“超流暢遊戲體驗”特性,負責讓遊戲渲染與底層模擬同步,自動調整屏幕刷新率以匹配當前的GPU負載。“自適應遊戲性能引擎”負責在子幀級別監控遊戲渲染過程,並動態調整性能輸出,以平衡高質量渲染和功耗輸出。

 

屏幕的發展趨勢,是亮度帶動HDR,HDR倒逼色深提升。AMOLED屏幕的極限亮度增長讓遊戲和視頻HDR開始普及,HDR提供更大的畫面動態範圍之後,倒逼着屏幕需要更大的色深,以免海洋、陸地、天空等大片純色場景出現斷層,結果讓遊戲和視頻能用上更豐富的色彩層次。

而上一年的小米10 Ultra開始搭載國產原生10bit屏幕,今年的OPPO Find X3系列和一加9 Pro等部分旗艦已經搭載2k級別的原生10bit屏幕,而“8抖10”的屏幕更加不計其數。

為了用好這些原色10bit的HDR屏幕,Snapdragon Elite Gaming支持10bit的True HDR渲染和Adreno HDR快速混合技術。前者提供10位色深的10億色和BT.2020色域的支持,後者用以提升HDR效率。

 

Adreno HDR快速混合技術,是主要用於煙霧、水氣等大量複雜粒子場景的硬件加速,可以多重混合來提升渲染速度,宣稱部分場景可以提供2倍的性能提升。

而Game Color Plus(超現實畫質增強)則負責提升色彩、飽和度、清晰度和細節,提供電影級的畫面後處理,是現在紅魔遊戲手機6和iQOO 7等很多手機圖形顯示增強技術的基礎。

而在王者榮耀、和平精英等遊戲中不僅可以提升迷霧、夜景、草叢、林地的畫面對比度和清晰度,還能根據用户喜好調成明亮或鮮豔的畫面模式,又或者是對暗部提亮,方便抓“伏地魔”。

觸控與操作

遊戲是交互式的過程,單單輸出高幀率、高動態範圍的畫面還不夠,手機還需要及時反饋用户的觸控操作。如果觸控反應不夠及時,會直接影響玩家在槍戰、賽車等遊戲中的發揮。

因此高通引入Game Jank Reducer用於實現系統級遊戲卡頓優化,同時Game Q-Sync能動態調整顯示刷新率,以確保設備在突然的渲染壓力下也能正常運行。

而遊戲性能引擎,則能在遊戲中使用自適應和預測算法,動態修改CPU的設置,減少卡頓,優化和保持持續的性能輸出。


但由於遊戲的負載巨大,系統可能會錯過屏幕的幀同步時間而導致幀延遲和操作延遲。所以在第三代Snapdragon Elite Gaming特意加入了Game Quick Touch技術。

Game Quick Touch負責對觸控響應時間進行毫秒級的優化,進行垂直同步和觸摸提交的幀延遲控制,高通宣稱響應速度提升可達20%,此外還能降低全面屏手勢等操作的干擾,降低手機廠商和遊戲開發商的優化難度。

我們最後看到的是,今年紅魔6 Pro做到500Hz單指/360Hz多指的觸控採樣率,黑鯊4 Pro有720Hz的觸控採樣率,iQOO Neo5更是做出了1000Hz的瞬時觸控採樣率的瘋狂提升。

在觸控採樣率提升快到盡頭的情況下,Game Quick Touch更好地“壓榨”觸控IC的性能,讓FPS遊戲中的瞄準射擊、MOBA遊戲的英雄技能拖拽操作變得更加順滑跟手。

音頻與網絡優化

除開以前就有的Game Fast Loader遊戲加載優化和遊戲防作弊擴展,搞定畫面、觸控之後,就是網絡和音頻這兩個最重要“外圍”支持。

網絡支持就不多説了,畢竟是高通主場。高通的遊戲網絡時延管理,早就被廠商大量應用在遊戲模式裏,用於自動優化5G和Wi-Fi配置。而驍龍旗艦的雙Wi-Fi 6,是2.4GHz和5GHz頻段“2x2+2x2”的雙頻併發,用以提升Wi-Fi帶寬。對於國內的寬帶速度,這屬於戰未來的裝備。

 

音頻方面,Snapdragon Elite Gaming現在支持杜比全景聲,通過將音源精確放置在三維空間中而做到類似空間音頻的效果,所以我們才會看到Redmi、realme系列等幾乎每個廠商發佈會都會提及的“吃雞聽聲辨位”。

在杜比全景聲之外,高通也強化了音頻系統。Qualcomm Aqstic遊戲增強音頻技術,顧名思義就是清晰和高保真的音效,支持 384kHz 32-bit PCM音頻和DSD硬解,規格已經迫近獨立HiFi DAC芯片。

以此為基礎,iQOO 7上的遊戲GVoice語音、黑鯊4 Pro的遊戲音頻技術,則針對遊戲語音進行降噪去雜、提升語音效果和降低性能消耗等優化。

而高通在3月發佈的Snapdragon Sound音頻技術,則將現有aptX音頻協議的規格提升至和LDAC一樣的24-bit 96kHz,並支持最高7.3W的揚聲器外放功率。

搭配無線耳機時,高通使用的是Qualcomm aptX Adaptive遊戲無線音頻,能根據遊戲自動調節音質和響應速度,將100-200毫秒的藍牙音頻延遲降低到89毫秒。

總結:高通遊戲芯的一路狂奔

高通成為2021 PEL和平精英職業聯賽官方戰略合作伙伴、PUBG全球冠軍贊助商,並在6月發佈了Snapdragon Elite Gaming虛擬人物Amira,這些動作都能看出高通對遊戲的重視。


而手機和SoC的高度集成化,意味着高通這些上游廠商,需要提前數年預判智能手機芯片的性能和遊戲的需求。當我們看到具體技術發佈時,其往往已經內部研發了1到2年的時間了。

一眨眼,高通Snapdragon Elite Gaming已經發展到第三代。它是現在移動端唯一同時覆蓋畫質和幀率、操控和流暢度、音頻和網絡優化的遊戲引擎。其提供的諸如Game Quick Touch觸控優化、10bit True HDR和Adreno HDR快速混合技術等都是非常實用和貼近需求的特性。

在技術底層,高通把Vulkan 1.1、GPU驅動程序更新、端遊級正向渲染和VRS可變分辨率渲染等桌面端遊級特性引入移動端。除了方便開發商的遊戲移植,它更像是讓移動遊戲有機會媲美端遊的“平權運動”,是高通在打造“口袋裏的遊戲機” 過程中的一路狂奔。

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資料來源:雷鋒網
作者/編輯:量衡

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