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2022年底，聯發科和高通發布的最新旗艦手機SoC都有一個重要的特性——支持硬件級光線追蹤技術。
2023年剛開年，全球第四大硅IP提供商Imagination Technology，也是硬件級移動光線追蹤技術的領導者，發布了其第二代硬件級光線追蹤IP IMG DXT，憑借可擴展的特性，智能手機從主流到旗艦級都能用上硬件級光線追蹤，推動移動光線追蹤技術的普及。
雷峰網了解到，IMG DXT預計會在18-24個月內商用。
這意味著，2023年將是手機支持光線追蹤的關鍵一年，26億手機游戲玩家離在手機上體驗到光線追蹤的游戲又更近了一步。
過去幾年，移動端光線追蹤技術不斷有消息放出，但遲遲沒有看到其在智能手機上大規模應用，原因是什么？
Imagination公司首席營銷官David Harold認為，“主要原因是他們雖然技術成功了，但能耗過大，難以在手機上得到實際應用。這也恰恰體現出我們L4級別光線追蹤對性能和能耗優化的重要性。”
技術之外，生態更是影響移動端光線追蹤的長期且重要的因素。Imagination這一次給出了什么樣的解決方案？
移動端光線追蹤普及的兩大難題
光線追蹤技術是通過模擬真實世界中光線的表現，創造出與現實生活幾乎無異的三維（3D）場景，可以讓3D游戲場景中的光照更加貼近真實生活中的折射和反射。
借助開啟光線追蹤技術和沒有光線追蹤技術的相同場景的對比，比如陽光下墻壁上的陰影，以及任何鯊魚在水中的細節呈現，就可以輕松發現光線追蹤技術對于追求更加沉浸和真實體驗的游戲玩家，是一個極具誘惑力的技術升級，但這非常耗費計算資源。
“現在市面上能夠看到的任何宣稱有光線追蹤技術的手機，其實用的都還是第一級別的軟件解決方案，真正使用起來能耗會非常嚇人。”David Harold直言。
功耗也是移動端光線追蹤普及的第一大技術難題。引發這個問題的關鍵在于光線追蹤實現的方式，借助Imagination提出的光線追蹤GPU的分級可以更好理解這一點。
2021年底Imagination發布首款硬件級光線追蹤GPU IP 時，就提出了光線追蹤等級系統（RTLS）：
1級為現有硬件上的軟件解決方案。性能低，效率低。
2級增加了用于光線追蹤的第一部分硬件。與1級相比，可以將基本光線追蹤效果的效率提高。
3級增加了用以處理發射光線的硬件，與2級解決方案相比，可大大降低功耗。
4級增加了相干性聚集功能，針對復雜的桌面級效果大大提升了性能，讓其可以在移動端功耗預算下應用。
5級是一項未來等級，可在場景中實現更大數目的動態目標，并帶有額外的硬件加速。
“一家公司想要驕傲地宣稱有光線追蹤技術，第一步要做的是從軟件級別開始。”Imagination 公司技術產品管理高級總監Stephen Barton表示“用軟件的方式實現光線追蹤的問題也顯而易見，計算開銷和功耗非常大。”
顯然，第2、3、4級的硬件級光線追蹤解決方案，才是光線追蹤在移動端普及的基礎。根據Imagination的分類，目前主流的GPU提供商都在第2-第3.5級之間，只有Imagination此前發布的IMG CXT和最新發布的IMG DXT光線追蹤GPU處于第四級。
但僅有硬件還遠遠不夠，開發者、應用和軟件生態是阻礙光線追蹤的另一大難題。
Stephen Barton說，“移動端推廣光線追蹤確實是需要一個生態系統。硬件級光線追蹤只有觸及大部分終端市場，游戲開發者才會愿意開發帶有光線追蹤功能的游戲，否則他們會缺乏動力。”
那如何才能破解這兩大挑戰？
讓主流和高端手機，都能用上硬件級光線追蹤
移動端光線追蹤的普及，硬件和生態實際上也是相輔相成。
“我們上一代IMG CXT GPU已經是4級的光線追蹤，但比較多的是針對高端的設備，沒有辦法達到讓主流機型都具有這個能力。這可能讓開發者覺得沒有那么大的必要去開發大量的光線追蹤的內容。” David Harold認為，“只有讓移動端光線追蹤的功耗開銷處于可接受范圍，盡快鋪開到更多移動設備，光線追蹤的內容開開發者才會更愿意開發更多內容。”
這也正是最新發布的IMG DXT的一個重要特性，可以覆蓋主流到高端的手機，支持從混合實現方案中的簡單陰影到3A大作中的高級光追畫面等各類應用。
實際上，這得益于IMG DXT系列可擴展光線追蹤RAC（光線加速集群）。從低配的0.5 RAC 提供216MB/秒的光數運算能力，8GB的光和檢測運算能力，到高配的4 RAC，提供1.5GB的光線追蹤算力，64GB的光合檢測能力。
Imagination中國區技術總監艾克指出，“有了DXT系列可擴展的0.5 RAC到4 RAC，我們可擴展的光線追蹤技術可以運用到各個手機領域的層次。追求產品差異化的主流設備制造商可以選擇節省面積的半尺寸光線加速集群（RAC）配置，而追求高端性能的OEM可以選擇單、雙或四RAC配置打造終極移動視覺體驗。”
據雷峰網(公眾號：雷峰網)了解，DXT采用Photon架構，是目前唯一達到光追系統（RTLS）4級的光追設計，有DXT-8-256、DXT-48-1536、DXT-72-2304三種配置，分別面向主流、高端、旗艦智能手機市場。
“無論RAC如何配置，與相同移動配置下的CXT相比，DXT能夠將提供可用光追的面積成本降低40%。“艾克表示。
DXT系列的性能標桿的旗艦產品DXT-72-2304，具有72 GTexels/s和2.5 TFLOP FP32算力。與上一代產品相比，最大單核性能提升了50%。并且，DXT核的單位面積性能密度比IMG CXT GPU高出20%，還大幅降低了功耗。
光線追蹤技術與片段著色率（FSR）技術結合，能夠用更小的功耗實現更真實的畫面，這兩個技術的結合被艾克稱為“黃金搭檔”。
FSR是一種可以在幾乎不降低圖像質量的前提下減少片段著色器運行次數的技術，能夠降低占用的帶寬與功耗。
以具體的場景看，是否使用FSR技術對于畫質肉眼幾乎看不出差別，但從熱力圖可以發現，使用了FSR技術之后，可以節省大量的運算資源。在最極端的情況下，可以對一個4x4的片段區域只執行一次著色器代碼，從而使工作負載減少近94%。
除了光線追蹤和FSR的黃金搭檔之外，DXT還有諸多使其能夠兼顧性能和能效的特性。比如2D雙速率紋理處理，許多先進的游戲依靠大量紋理取樣實現高級過濾效果。IMG DXT GPU的紋理處理單元（TPU）內置一個已獲得專利的創新特殊模式，能夠為這些后處理效果創建一條“快速通道”，在使雙線性濾波性能幾乎翻倍的同時，最大程度地減少面積的增加并降低整體功耗。
還使用RISC-V固件處理器，帶來調度40%的性能提升。
這些特性能夠支撐手機游戲更沉浸體驗、更高游戲性能、更高能效的需求。
背后最核心的，正是IMG DXT Photon架構中的光線加速集群（RAC）。BTU、DTTU、PTU單元實現的是第二級的光線追蹤，有了PCG相關的分析、分類、聚集和回溯能力以后，就實現了第三級光線追蹤，加上光線存儲以及光線任務的調度器等，綜合在一起達到RTLS級別中的第四級。
靈活可擴展的架構為移動端光線追蹤的大規模應用奠定了基礎，但要普及和有優秀的應用體驗，生態是一個影響更加深遠的因素。
只能一點點普及光線追蹤
讓硬件級的光線追蹤覆蓋各個層級的手機終端會讓開發者更有動力開發光追游戲，想要更進一步推動移動光線追蹤的生態，就需要讓開發者能夠輕松上手。
“我們將開發者分為兩類，一類是專門做3A大作，愿意自己制作引擎的專家，他們主要采用的方式是在Valkan擴展，通過API接口連接使用光線追蹤技術開發，對他們而言適應光線追蹤相關的游戲開發并不是什么問題。”Stephen Barton表示，“另一類是會采用Unity、Unreal或者O3DE引擎的開發者。面對這類開發者，我們跟O3DE展開合作，開發者只要跟著引導一步一步就可以完成對場景光線打光的相關設置。”
無論是采用Valkan擴展還是使用主流的引擎，都必須進行大量優化，才能滿足移動端功耗和性能的需求，并且要保證符合游戲開發者原有的開發流程。
Stephen Barton介紹，“幾年前很多游戲廠商開始往移動端移植3A大作都避不開優化的過程，正是因為這一點，我們提供相應的工具，比如PVR2能讓很多開發者輕松接受我們工具的引導，完成對光線追蹤技術的部署”
Imagination在光線追蹤方面已經有生態的建設和儲備，包括與O3DE開源引擎合作，參加GDC游戲開發者大會，和亞馬遜一起展現光線追蹤在游戲引擎中可以起到的作用和能力，與完美世界、網易、騰訊、Unity ，OPPO，VIVO等游戲開發商合作。
但即便如此，光線追蹤的應用和普及依舊會是一個循序漸進的過程。
Stephen Barton強調，“光線加速集群作為一個獨立IP，可以不影響GPU本身的性能獨立運行，這對移動端的應用非常重要。”
“不是從今天開始就要把所有內容往都用光追技術打造，我們推薦大家在現有的游戲內容中一點一點加入光追的元素，從用光線追蹤打造光影效果，隨著市場上移動設備越來越多地使用硬件級光線追蹤技術，再進一步增加光線追蹤的內容。” Stephen Barton進一步表示。
David Harold也指出，“從內容的角度，我們離光線追蹤應用徹底鋪開還差得很遠。”
也就是說，雖然移動端光線追蹤無論從技術還是生態的角度來說還有很長的路要走，但這是一個明確的未來趨勢，也是備受期待的技術。
ABI 2022年的調查顯示，手機游戲用戶會從2022年的26億增長到2030年的39億，到2026年，85%的游戲玩家首選在手機上玩游戲。
26億的手機游戲用戶離光線追蹤更近一步，吸引未來近40億手機游戲玩家的因素，光線追蹤是一個關鍵，而Imagination正是這一技術的領導者。
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