算力是在数字世界里模拟真实世界的主要限制，影像中的光线追踪尤其如此。与传统的扫描线或光栅化渲染方式不同，光线追踪（Ray tracing）是三维计算机图形学中的特殊渲染算法，光线追踪需要计算光线在介质中传播的情况。其方法是在光线被介质吸收或者改变方向前，计算其在介质中传播的距离、方向以及到达的新位置，然后从这个新的位置产生出一条新的光线，使用同样的处理方法，最终计算出一个完整的光线在介质中传播的路径。复杂场景中，可能有数十亿条光线要做运算，因而对硬件资源消耗极大，传统上，光线追踪技术主要由服务器和桌面级计算设备来完成，而Imagination将光线追踪技术推动到了移动端，并且在快速提升移动端设备的光线追踪处理能力。在2021年Imagination推出的IMG CXT系列GPU IP，是业界首款支持硬件光线追踪功能的移动端GPU IP。一年多后，Imagination发布新产品 IMG DXT系列，相比CXT系列，新IP的性能最高提升50%，且在能耗、填充效率、光线追踪配置灵活性等方面，均有优异表现。

更灵活地实现光线追踪

由于对算力要求极高，计算量极大，光线追踪最早只应用于电影特效制作，当时也只有电影特效制作才有足够的经费去支持拥有大规模计算集群的电影特效工作室用全数字方式来渲染画面。随着硬件性能的快速提升，桌面单机也能实现光线追踪了，而Imagination更是为移动设备带来了光线追踪功能。虽然在桌面上或移动设备上渲染画面的细节与规模均不如电影，但桌面或移动设备上的光线追踪技术，多用于游戏，在游戏应用中，画面需要实时刷新，游戏流畅运行一般至少要30帧每秒（fps）,因而在时间限制上不能像电影特效制作一样宽松，在30毫秒甚至更少的时间内，完成带光线追踪的画面渲染，实际上对硬件的压力极大。

而移动设备还要考虑到功耗限制，因而实现起来尤为困难。Imagination推出的DXT系列GPU，在光线追踪性能上又有了大幅提升。CXT系列单核计算光线轨迹的能力达到13亿条每秒，DXT系列将这一能力提升到了17亿条每秒，BoxTest能力也从48G/s提升到了64G/s。

除了提升光线追踪的性能上限，DXT的另一个突破是对光线追踪模块（RAC）做了更细切分，可支持0.5 RAC配置，这对于移动设备特别重要。

大家都知道，移动设备对功耗和资源有很多限制，专门用来做光线追踪的RAC模块会占用GPU不小的面积，而移动端目前光线追踪技术的应用还不普遍，因而实现更细粒度的划分，则让开发者可以根据应用选择合适的光线追踪模块规模，从而做出更适合市场需求的产品。

中国区技术总监艾克说：“在主流机器里面面积比较在意，能够配接小的RAC，而在旗舰机可能更在意高端性能或者表现，能够有更高配的4RAC。有了可扩展的0.5RAC到4RAC，对满足手机游戏或者手机游戏芯片的设计就是一个很好的配置。Imagination可扩展的光线追踪技术可以运用到各个手机领域的层次，不同的IP设计。”

Imagination产品管理总监Stephen Barton也表示，在移动端光影渲染上，光线追踪技术与传统的光栅化渲染并不是互斥关系，而是相互补充。“刚开始是大量的光栅化运算和少量光线追踪，随着光线追踪技术越来越成熟，就将逐渐变为全局光线追踪。我们的架构特别适合这样的发展模式，每个阶段都可以为客户提供需要的光线追踪性能。”

更高效的填充效率

DXT系列的另一个技术亮点支持块式快速填充（Fragment Shading Rate）技术。如前所述，移动设备对功耗要求很高，而图像渲染又极其消耗算力资源，也就很耗电，而且渲染越精细，耗电越厉害。FSR可以让游戏开发者根据游戏场景来决定是否采用块式填充的方式来提高渲染效率，节省算力，降低功耗。

例如，某个画面在前景时，每个点都要渲染（1x1），16个点就要计算16次，如果在转场或者成为虚化背景后，对画质要求降低，则可以采用两个像素一起填的块式填充（2x1），则只需要8次计算，而DXT的FSR最高支持4x4像素块快速填充，采用4x4配置只需要一次计算。

艾克表示，采用4x4模块填充，可以节省93%的填充算力，而从示例效果来看，图像质量并未有明显下降。“FSR节省出来大量的运算资源，能够让GPU处于休眠状态，或者是给后面的画面提供更精致的运算。”

FSR和光线追踪技术也可结合在一起，从而可以在更小算力基础上实现更好的光影效果。

在一个示例中，没有开启FSR计算时，实现光线追踪每帧需要计算6.9M个光线，而配上FSR计算后，每帧只需要计算3.2M光线。艾克说：“光线追踪技术和FSR技术结合在一起，使得能够用更小的功耗实现更具真实感的画面，就像这张图片显示的，不同区域可以用不同运算，实现的效果更加真实。”

一切为了效率和性能

除了可扩展式光线追踪技术与FSR，DXT系列在效率和性能上做足了功夫：双倍效率纹理处理（2D Dual-Rate Texturing）、RISC-V核提升40%调度性能、流水线化数据管理器（Pipelined data masters）提升5%性能，以及支持HDR等。

艾克表示，DXT系列的各项技术都是为了满足移动端更好的影像应用，例如游戏对于沉浸式、高性能和低功耗的要求。

Imagination首席营销官David Harold更是强调，IP技术是走在应用前面的，当前在移动端支持光线追踪的内容太少，现有支持光线追踪的游戏都可以通过当前移动端的光线追踪硬件技术实现大幅度的画面质量提升，随着更多支持光线追踪的硬件设备投入应用，才能促进支持光线追踪的游戏繁荣发展，从而最终让光线追踪硬件的性能更好地发挥出来。