只要過程存在，合成 GPU 基準(zhǔn)測試和其他性能基準(zhǔn)測試就一直是嵌入式行業(yè)爭論的焦點(diǎn)。從歷史上看，GPU 基準(zhǔn)測試除了關(guān)注性能的宏觀子部分之外幾乎沒有提供什么，同時聲稱告訴人們 GPU 的整體性能?？蛻魬?yīng)得的不僅僅是這些，尤其是考慮到這些數(shù)字與購買決策相關(guān)的權(quán)重時。

當(dāng)今的基準(zhǔn)測試問題可以總結(jié)為一個簡單的問題：在投資任何形式的技術(shù)時，您是否會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 提供用戶喜愛游戲的圖形的難易程度以及以合適的 fps 播放它們的時間長度等信息對消費(fèi)者和 OEM 級別都有用。

移動 GPU 正處于類似于桌面 GPU 基準(zhǔn)測試所經(jīng)歷的演變之中：

· 第 1 階段：基準(zhǔn)測試包括對每秒架構(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)被開發(fā)成實(shí)際應(yīng)用程序，據(jù)稱可以在任意旋轉(zhuǎn)物體之前測量三角形和像素。

· 第 3 階段：基準(zhǔn)包括專門設(shè)計用于測試 GPU 的最大計算能力的合成游戲場景。這就是我們現(xiàn)在使用移動 GPU 的地方。

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

案例研究：實(shí)際應(yīng)用與綜合基準(zhǔn)測試

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)測試聲稱對 GPU 進(jìn)行壓力測試，以發(fā)現(xiàn)它們在特定時間段內(nèi)可以提供的最大幀數(shù)。雖然有些觀眾可能想知道，一臺設(shè)備能夠在固定時間段內(nèi)交付 300 多幀特定內(nèi)容，而不是另一臺只能交付 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設(shè)備的任何體驗(yàn)。

ARM 一直在內(nèi)部運(yùn)行基準(zhǔn)測試，其中包含來自應(yīng)用商店中支持 OpenGL ES 的頂級游戲的超過一百萬幀的真實(shí)內(nèi)容，分析多個性能領(lǐng)域。我們正在使用像憤怒的小鳥這樣的流行游戲，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 7》和其他高清游戲中的圖像似乎顯示出相似級別的圖形用戶體驗(yàn)。這會讓用戶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：測試結(jié)果似乎顯示了相似級別的用戶體驗(yàn)，因此也顯示了相似級別的工作負(fù)載，但事實(shí)并非如此。

在檢查來自流行基準(zhǔn)測試的數(shù)據(jù)與來自實(shí)際應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)時，基準(zhǔn)測試的片段計數(shù)與流行游戲的片段計數(shù)相似，而頂點(diǎn)計數(shù)則超過了屋頂。在全球范圍內(nèi)，該基準(zhǔn)在 1080p 時的原始與片段比率的平均值為 1:13.1。但是，通過逐個繪制調(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 1:10 的推薦指南（圖 2）。這樣做的效果是，基準(zhǔn)測試并沒有給人以整體性能的感覺，它實(shí)際上變成了性能單個方面的微觀基準(zhǔn)，由于實(shí)際應(yīng)用程序中的工作負(fù)載更加平衡，這很少是一個因素。

圖 2：在檢查實(shí)際應(yīng)用程序數(shù)據(jù)時，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)用每個三角形處理超過 10 個片段?；鶞?zhǔn)測試提供商承認(rèn)他們使用高頂點(diǎn)數(shù)來給 GPU 施加壓力，聲稱它為用戶提供了關(guān)于他們的 GPU 將如何響應(yīng)未來內(nèi)容的“現(xiàn)實(shí)”反饋。然而，這種壓力測試顯然是不現(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。

幾何不平衡沒有考慮到移動設(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)測試中的相對帶寬。

現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用程序在整個渲染中使用的帶寬平衡更加一致。我們在這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——這是用戶實(shí)際看到的。通過關(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)生了對能力的錯誤印象。實(shí)際上，這些基準(zhǔn)所強(qiáng)調(diào)的所謂差異對于實(shí)際用例的最終用戶永遠(yuǎn)不會被察覺，但會助長軍備競賽，推動硅足跡和功率包絡(luò)以支持更大數(shù)量的生產(chǎn)。

改變的五個步驟

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

· 遵循摩爾定律：摩爾定律（計算潛力每 18 個月翻一番）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)超過上一年的兩倍，并且應(yīng)保持平衡。這樣，公司就不會試圖超越摩爾定律。

· GPU 超帶寬測試：每幀 60 fps 的原始帶寬不應(yīng)超過可用帶寬。未來 24 個月的帶寬基準(zhǔn)應(yīng)設(shè)置在典型的移動設(shè)備上。使測試的目標(biāo)盡可能獨(dú)立，無論設(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，并適合場景類型。這些技術(shù)也應(yīng)該與移動市場相關(guān)（參見帶寬規(guī)則）。

· 過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 2 倍的 Overdraw 平均值并不具有代表性。相反，添加一個為用戶提供視覺投資回報的功能（他們可以實(shí)際看到的東西）。

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

移動內(nèi)容世界本身就是動態(tài)的并且不斷發(fā)展。最終，為了應(yīng)對這個問題，行業(yè)將不得不到達(dá)一個類似于桌面的地方，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