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高通Snapdragon Elite Gaming:让手机变成“口袋里的游戏机”!

本文作者:量衡 2021-07-28 11:45
导语:在移动游戏上一路狂奔的高通

很多人都不知道,最大的桌面GPU生产商不是英伟达,更不是AMD,而是英特尔。在智能手机占领世界的今天,很多人也没意识到,累计出货超过25亿台采用Adreno GPU设备的高通,已经是最大的GPU生产商之一。

高通Snapdragon Elite Gaming:让手机变成“口袋里的游戏机”!

手机不但是真正意义上的“口袋里的游戏机”,而且是几乎人手一台的“掌机”。即便全球疫情形势严峻,移动游戏还在爆炸式增长,并占据全球游戏收入的半壁江山。全球有超过27亿的移动游戏玩家,有近10亿人只用智能手机玩游戏。

作为Android游戏首选平台、各类游戏手机和旗舰的幕后功臣,高通最近几年一直在移动游戏的科技树上疯狂输出,一边是旗舰芯片的性能提升,一边是不停引入新特性的Snapdragon Elite Gaming游戏引擎。


决定性能的提升,罕见的三旗舰布局

说到游戏,大家都会下意识地联想到性能。我们今年也看到罕见的“骁龙870/888/888 Plus三旗舰”布局。

骁龙870是高端游戏的“守门员”,也是高通史上最强的次旗舰SoC。在前旗舰骁龙865的基础上,骁龙870的超大核频率从2.84GHz一举提升至3.2GHz,刷新近几年移动SoC的频率记录,单核性能提升12%,多核性能提升5%。


高通Snapdragon Elite Gaming:让手机变成“口袋里的游戏机”!

历代骁龙SoC的CPU性能对比

而骁龙888则是Android阵营超大核的最强音,CPU部分是Kryo 680构架,搭载有1MB L2缓存的2.84GHz Cortex-X1架构超大核,带着Android阵营突破了GeekBench单线程1100分大关。


高通Snapdragon Elite Gaming:让手机变成“口袋里的游戏机”!

历代骁龙SoC的GPU性能对比

而骁龙888的Adreno 660,更是近年来提升最大的GPU,频率高达840MHz,性能提升35%,能效比提升20%。实际GFXBench测试中,骁龙888的GPU提升在29%-43%之间,而3D Mark的提升也有27%到53%。

在6月28日发布的骁龙888 Plus,进一步把X1超大核的主频提升到2.995 GHz(3.0GHz),AI性能提升超过20%,算力达到32 TOPS,暂时未知其GPU会否有进一步的频率提升。

把骁龙820到骁龙888的历代高通旗舰放在一起,就能直观发现,移动CPU和GPU在5年间不停地稳步提升,最终达到数倍的性能提升。但比起CPU,今年骁龙888在GPU方面的涨幅确实远超正常值。

 

Snapdragon Elite Gaming科技树详解

和桌面游戏不同,移动端游戏是个系统级的需求,单有CPU和GPU的绝对性能还远远不够。手机还需要兼顾画质、音质、触控操作、网络延迟、续航等多个部分。

所以高通在2019年的骁龙855上,发布了第一代Snapdragon Elite Gaming游戏引擎,开始系统化地进行游戏优化。经历了2020年初的骁龙865和2020年底的骁龙888上的演进,Snapdragon Elite Gaming已经发展到第三代。

每一代Snapdragon Elite Gaming都会引入众多不同方向的游戏特性支持,三代下来,已有十数种不同的特性,市面上有超过1000款支持Snapdragon Elite Gaming特性的手机,用户数以亿计。

但网络上并没有太多关于Snapdragon Elite Gaming的完整介绍,所以我们这次为大家进行简单的整理归类。

高通Snapdragon Elite Gaming:让手机变成“口袋里的游戏机”!

Snapdragon Elite Gaming本质上是为游戏设计的一整套软硬件特性合集,使命是将移动设备转变为功能强大的游戏机。围绕的是游戏相关的底层技术、画质和帧率、操控和流畅度、音频和网络优化的技术布局。

初代Snapdragon Elite Gaming带来了基于物理的渲染 (PBR)、True HDR10、电影级后处理、系统级游戏卡顿优化方案、游戏网络时延管理等特性。

第二代Snapdragon Elite Gaming在前代的基础上进行增强和补完,包括超流畅游戏体验、最高HDR品质、端游级特性几大类,并在移动端第一次提供144Hz游戏体验、第一次支持GPU驱动更新和第一次支持True 10-bit HDR。

而现在的三代Snapdragon Elite Gaming,得益于有史以来最大的一次GPU性能提升,高通加入了全新的Game Quick Touch和VRS可变分辨率渲染技术,将更多的端游级特性带到移动端。

 

端游级的底层技术引入

Snapdragon Elite Gaming的底层,包括Vulkan 1.1、GPU驱动程序更新、端游级正向渲染和VRS可变分辨率渲染等几个技术。核心是大量引入和跟进端游级图形技术支持,逐渐拉近移动端和端游级图形技术的差距。

Vulkan 1.1是新的低开销二三维图形计算程序接口(API),Adreno GPU对其的硬件和软件支持,能方便游戏开发商更好地控制游戏的阴影、深度和细节,提供电影品质的游戏画面。


 高通Snapdragon Elite Gaming:让手机变成“口袋里的游戏机”!

多重动态阴影↑

画面真实性方面,高通使用端游级的正向渲染,带有大量桌面端才有的高级渲染特性,包括端游级景深(远近景模糊的”镜头感“)、多动态光源(多光源下的物体光影)、多重动态应阴影(更真实的阴影表达)、运动模糊(模拟高速运动物体的视觉模糊)、平面反射(基于PBR物理渲染,根据物理材质变化产生不同的反射效果)等。

而熟悉的GPU驱动程序更新,同样是以前桌面端才有的特性。高通在骁龙855平台首发GPU驱动更新功能,之后的骁龙865/865+/870和骁龙888都支持,但至今也只有Adreno GPU支持。除延长产品寿命外,新驱动可以针对新的游戏大作进行优化和适配,更好的“压榨”现有产品的性能。

 

高通Snapdragon Elite Gaming:让手机变成“口袋里的游戏机”!

如果说上面的特性是填补移动端的图形技术空缺,拉近和桌面端的距离,那骁龙888上最新的VRS(Variable Rate Shading)可变分辨率渲染技术,则是一下子把移动GPU放到了图形技术的前沿。

PC玩家对VRS应该都不会陌生,其最早在NVIDIA的图灵架构引入,可以用更低功耗达到同等画面效果,或者以相同功耗达到更好的画面效果。而AMD也要等到RNDA 2构架GPU之后才加入VRS的支持。

高通VRS的原理和PC端接近,VRS允许着色器以2个或4个像素分组着色,并将着色结果复用到周围像素。GPU能只针对核心角色和特效进行高质量渲染,而远景、动态运动且快速变化画面则使用多像素合并的方式渲染。

 高通Snapdragon Elite Gaming:让手机变成“口袋里的游戏机”!

《战神遗迹》手游

以前“性能和画面效果”是天平的两端,需要开发商和用户从中做取舍。但VRS利用人类对边缘、远景、动态模糊等非重点区域弱化处理的生理和心理特征,降低非重点区域的渲染等级,让GPU能在画质、帧率和功耗之间取得更好的平衡。

以旗舰机典型的2K分辨率游戏场景为例,现在2K屏的像素数目一般都超过400万,就算按照16:9标准,也有368万个彩色像素。如果全分辨率渲染,将对移动GPU造成巨大的压力。

但VRS可以将使整体阴影的像素总数减少40%,在360万像素的场景中,仅使用140万像素对整个帧画面进行着色,从而大大减少GPU工作量。高通表示VRS能让游戏整体性能提升30%。

VRS主要作用于类似赛车游戏中高速移动且被动态模糊的道路和砖面、吃鸡游戏中远处被景深算法虚化掉的远景和画面边缘等区域。在节省大量GPU算力的同时,观感差别却难以察觉,从而在接近画面效果的基础上,提升渲染速度并降低功耗。

虽然大型游戏的开发周期较长,但首批支持移动端VRS的游戏已经陆续上市了。名声最大的是高通分别和OPPO、iQOO合作的网易《天谕》和完美世界《战神遗迹》。

此前iQOO 7公布过VRS的测试结果。在《战神遗迹》90帧极致画质下,开启VRS后,iQOO 7的帧率稳定性提升16.7%,掉帧率降低19.2%。而对于游戏的整体体验,整机功耗降低19.8%,图形渲染功耗降低31.0%。

VRS“白嫖/节省”的性能,让移动设备变相获得更高的性能上限,开发商可以利用VRS节省下来的性能去做出更复杂、更大型的游戏。

 

流畅度与画质提升

这部分是Snapdragon Elite Gaming对Android设备高刷和高色深屏幕普及的回应。关键词是高帧率、HDR、色彩增强。

仅仅两年时间,主流Android设备的屏幕刷新率就从60Hz、90Hz,走到120/144Hz。为此,2020年初的骁龙865首发144Hz游戏支持,让游戏引擎无需锁定在60Hz,可根据渲染负载灵活调节帧率。

随后的“超流畅游戏体验”特性,负责让游戏渲染与底层模拟同步,自动调整屏幕刷新率以匹配当前的GPU负载。“自适应游戏性能引擎”负责在子帧级别监控游戏渲染过程,并动态调整性能输出,以平衡高质量渲染和功耗输出。

 高通Snapdragon Elite Gaming:让手机变成“口袋里的游戏机”!

屏幕的发展趋势,是亮度带动HDR,HDR倒逼色深提升。AMOLED屏幕的极限亮度增长让游戏和视频HDR开始普及,HDR提供更大的画面动态范围之后,倒逼着屏幕需要更大的色深,以免海洋、陆地、天空等大片纯色场景出现断层,结果让游戏和视频能用上更丰富的色彩层次。

而上一年的小米10 Ultra开始搭载国产原生10bit屏幕,今年的OPPO Find X3系列和一加9 Pro等部分旗舰已经搭载2k级别的原生10bit屏幕,而“8抖10”的屏幕更加不计其数。

为了用好这些原色10bit的HDR屏幕,Snapdragon Elite Gaming支持10bit的True HDR渲染和Adreno HDR快速混合技术。前者提供10位色深的10亿色和BT.2020色域的支持,后者用以提升HDR效率。

 高通Snapdragon Elite Gaming:让手机变成“口袋里的游戏机”!

Adreno HDR快速混合技术,是主要用于烟雾、水气等大量复杂粒子场景的硬件加速,可以多重混合来提升渲染速度,宣称部分场景可以提供2倍的性能提升。

而Game Color Plus(超现实画质增强)则负责提升色彩、饱和度、清晰度和细节,提供电影级的画面后处理,是现在红魔游戏手机6和iQOO 7等很多手机图形显示增强技术的基础。

而在王者荣耀、和平精英等游戏中不仅可以提升迷雾、夜景、草丛、林地的画面对比度和清晰度,还能根据用户喜好调成明亮或鲜艳的画面模式,又或者是对暗部提亮,方便抓“伏地魔”。

 

触控与操作

游戏是交互式的过程,单单输出高帧率、高动态范围的画面还不够,手机还需要及时反馈用户的触控操作。如果触控反应不够及时,会直接影响玩家在枪战、赛车等游戏中的发挥。

因此高通引入Game Jank Reducer用于实现系统级游戏卡顿优化,同时Game Q-Sync能动态调整显示刷新率,以确保设备在突然的渲染压力下也能正常运行。

而游戏性能引擎,则能在游戏中使用自适应和预测算法,动态修改CPU的设置,减少卡顿,优化和保持持续的性能输出。


高通Snapdragon Elite Gaming:让手机变成“口袋里的游戏机”!

但由于游戏的负载巨大,系统可能会错过屏幕的帧同步时间而导致帧延迟和操作延迟。所以在第三代Snapdragon Elite Gaming特意加入了Game Quick Touch技术。

Game Quick Touch负责对触控响应时间进行毫秒级的优化,进行垂直同步和触摸提交的帧延迟控制,高通宣称响应速度提升可达20%,此外还能降低全面屏手势等操作的干扰,降低手机厂商和游戏开发商的优化难度。

我们最后看到的是,今年红魔6 Pro做到500Hz单指/360Hz多指的触控采样率,黑鲨4 Pro有720Hz的触控采样率,iQOO Neo5更是做出了1000Hz的瞬时触控采样率的疯狂提升。

在触控采样率提升快到尽头的情况下,Game Quick Touch更好地“压榨”触控IC的性能,让FPS游戏中的瞄准射击、MOBA游戏的英雄技能拖拽操作变得更加顺滑跟手。

 

音频与网络优化

除开以前就有的Game Fast Loader游戏加载优化和游戏防作弊扩展,搞定画面、触控之后,就是网络和音频这两个最重要“外围”支持。

网络支持就不多说了,毕竟是高通主场。高通的游戏网络时延管理,早就被厂商大量应用在游戏模式里,用于自动优化5G和Wi-Fi配置。而骁龙旗舰的双Wi-Fi 6,是2.4GHz和5GHz频段“2x2+2x2”的双频并发,用以提升Wi-Fi带宽。对于国内的宽带速度,这属于战未来的装备。


 高通Snapdragon Elite Gaming:让手机变成“口袋里的游戏机”!

音频方面,Snapdragon Elite Gaming现在支持杜比全景声,通过将音源精确放置在三维空间中而做到类似空间音频的效果,所以我们才会看到Redmi、realme系列等几乎每个厂商发布会都会提及的“吃鸡听声辨位”。

在杜比全景声之外,高通也强化了音频系统。Qualcomm Aqstic游戏增强音频技术,顾名思义就是清晰和高保真的音效,支持 384kHz 32-bit PCM音频和DSD硬解,规格已经迫近独立HiFi DAC芯片。

以此为基础,iQOO 7上的游戏GVoice语音、黑鲨4 Pro的游戏音频技术,则针对游戏语音进行降噪去杂、提升语音效果和降低性能消耗等优化。

而高通在3月发布的Snapdragon Sound音频技术,则将现有aptX音频协议的规格提升至和LDAC一样的24-bit 96kHz,并支持最高7.3W的扬声器外放功率。

搭配无线耳机时,高通使用的是Qualcomm aptX Adaptive游戏无线音频,能根据游戏自动调节音质和响应速度,将100-200毫秒的蓝牙音频延迟降低到89毫秒。

 

总结:高通游戏芯的一路狂奔

高通成为2021 PEL和平精英职业联赛官方战略合作伙伴、PUBG全球冠军赞助商,并在6月发布了Snapdragon Elite Gaming虚拟人物Amira,这些动作都能看出高通对游戏的重视。

高通Snapdragon Elite Gaming:让手机变成“口袋里的游戏机”!

而手机和SoC的高度集成化,意味着高通这些上游厂商,需要提前数年预判智能手机芯片的性能和游戏的需求。当我们看到具体技术发布时,其往往已经内部研发了1到2年的时间了。

一眨眼,高通Snapdragon Elite Gaming已经发展到第三代。它是现在移动端唯一同时覆盖画质和帧率、操控和流畅度、音频和网络优化的游戏引擎。其提供的诸如Game Quick Touch触控优化、10bit True HDR和Adreno HDR快速混合技术等都是非常实用和贴近需求的特性。

在技术底层,高通把Vulkan 1.1、GPU驱动程序更新、端游级正向渲染和VRS可变分辨率渲染等桌面端游级特性引入移动端。除了方便开发商的游戏移植,它更像是让移动游戏有机会媲美端游的“平权运动”,是高通在打造“口袋里的游戏机” 过程中的一路狂奔。

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