随着競技類手遊的興起，智能手機對3D圖形渲染/運算能力提出了更加苛刻的要求。同時，4K超高清錄制、手機端的視訊編輯、AR和VR等娛樂應用類的體驗，也都少不了GPU（以及CPU和ISP等單元）的參與。換句話說，在CPU性能基本夠用的今天，來自GPU層面的“核戰争”已經無法避免。那麼，在智能手機領域值得我們關注的GPU都有哪些呢？
先從三星和AMD的攜手談起
在2019年6月初，手機圈傳出了一個重磅的消息——AMD與三星聯合宣布達成多年戰略合作夥伴關系，三星将獲得AMD Radeon圖形API授權并專注于加強移動裝置（隻限智能手機和平闆電腦等AMD沒有參與競争的細分市場）創新至關重要的進階圖形技術和解決方案。官方透露的細節不多，暫時隻能确認AMD會将“高度可擴充的RDNA圖形架構”對三星授權。
那麼，RDNA是什麼？
簡單來說，RDNA（Radeon DNA）是AMD在顯示卡領域推出的最新GPU架構，它是史上最長壽GPU架構“GCN”（2011年~2019年）的接班人，其在CU計算單元、緩存、流水線等方面都進行了革新，擁有更好的性能（滿足現代遊戲的負載需求）、能效（充分優化功耗和帶寬使用率）、功能（壯大相關生态）和擴充能力（通吃移動、桌面和雲端）。可以說，RDNA是一個全方位重新設計的架構，也開啟了AMD顯示卡曆史上第五個重大架構的新時代。
那麼，三星未來的Exynos（獵戶座）移動平台會直接內建RDNA架構的GPU嗎？
答案自然是否定的。AMD長期以來都缺乏ARM生态的經驗（AMD曾涉足過ARM伺服器，但很快就放棄了），而手機SoC內建GPU最核心的要求就是低功耗和高能效，AMD現有的GPU技術顯然不符合移動裝置的基本訴求。
實際上，三星近些年一直在進行CPU和GPU的自研（自主研發）工作，在CPU架構領域已經有了基于ARM指令集自研成功的“貓鼬”（Mongoose，如Exynos M3/M4）核心，并在通過Exynos 9810和Exynos 9820等移動平台打出了不小的聲望。
在GPU領域，有消息稱三星早在2012年就開展了自研“S-GPU”的項目，此次三星與AMD方面合作，需要的隻是在GPU中融入AMD Radeon的部分圖形 IP，不可能照搬整個RDNA架構。同時，雙方合作還涉及到相關的專利授權，規避将來可能的法律糾紛，畢竟聯發科就是一個很好的前車之鑒。
2015年的MWC大展上，有消息稱聯發科在移動SoC圖形計算領域與AMD達成合作，而這則消息最終也沒有被官方證明。2019年初，AMD将聯發科告上了法庭，稱聯發科的智能裝置侵犯了其APU和GPU相關的多項專利。要知道，聯發科旗下的SoC內建的都是ARM或Imagination旗下的GPU。
有了AMD圖形IP的注入，可以讓三星将更多的精力投入到對自研CPU核心“貓鼬”的打磨之中，而AMD在PC領域的知名度，也可幫助三星與高通、華為和聯發科展開差異化競争——看到沒？我內建的可是AMD GPU！與此同時，當三星Exynos CPU和內建AMD RDNA基因的GPU搭配後，也許還會對一個産業造成沖擊，它就是以任天堂Switch為代表的遊戲掌機。三星+AMD能否取代英偉達Tegra X1和其後續晶片在掌機領域的獨占？讓我們拭目以待吧。
高通和AMD不得不說的故事
高通骁龍移動平台內建的Adreno GPU，應該是Android手機領域的最強音，也是唯一可以和同期蘋果A系列晶片內建GPU抗衡的存在。但你可曾知道，作為高通獨有的“自研”GPU，Adreno原本也是AMD的“血脈”嗎？
Adreno的前身其實是誕生于2002年的ATI Imageon系列低功耗GPU，原本是被用于預裝PalmOS系統的Zodiac掌機。ATI被AMD收購後，AMD又将相關的移動裝置資産在2008年打包甩給了高通，于是後者就取得了AMD（ATI）的矢量繪圖與3D繪圖技術和相關知識産權，并在此基礎上研發出了我們熟悉的Adreno GPU。
如果AMD當年沒有賣掉原ATI Imageon，英特爾當年沒有出售XScale（擁有StrongARM與ARM架構的完整授權）及手持裝置晶片業務，這兩大X86晶片巨頭也許都會在移動網際網路時代取得更大的成就。
Adreno GPU如何判斷強弱
在Android手機領域，高通骁龍移動平台占據了大半江山，Adreno也是我們熟悉和最不熟悉的GPU。說它熟悉，是因為高通每次釋出新款骁龍移動平台時，媒體總會強調它內建了Adreno xxx型号的GPU，較上代提升了多少多少，耳朵都磨出繭了；說它不熟悉，是因為Adreno GPU型号太多太亂，以至于我們很難從名稱上去判斷同一代的Adreno GPU之間相對的性能等級。
這一點在Adreno 5系GPU時期表現得尤為明顯（表1）。
比如，Adreno 506（骁龍625）從型号數字上隻比Adreno 505（骁龍430）+1，但前者的性能卻較後者提升了幾乎2倍。Adreno 508（骁龍630）比Adreno 506+2，但其性能卻隻提升了30%，完全沒有規律可言。
為了搞明白上面的問題，我們需要了解影響Adreno GPU性能的關鍵參數。抛開核心架構、渲染方式和各種圖形接口不談，Adreno GPU的性能發揮主要受制于制程工藝、ALU（計算單元，又稱算數邏輯單元）的數量以及GPU頻率的高低。
我們可以将Adreno GPU內建的ALUs計算單元了解為PC顯示卡中的“流處理器”，在架構相同時數量越多性能越強。可惜，高通官方從來沒有公開過Adreno GPU的ALUs數量，本文和網上相關的資料都是使用者自己檢測所得，是以僅供大家參考。
對GPU而言，制程工藝越先進，在相同的發熱和功耗水準上就能以更高頻率運作，對性能同樣有着較大的增益效果。Adreno 506相較Adreno 505有着巨大的性能提升，就是得益于更多的ALUs數量和工藝更新帶來的頻率提升。同理，Adreno 512相較Adreno 508、Adreno 530相較Adreno 512也都是受上述因素的影響。
如今，Adreno GPU已經全面進化到了Adreno 6系時代，其最大的特色是支援完整的OpenCL 2.0FP、OpenGL ES3.2、DX12和Vulkan1.1等圖形接口。
可惜，關于它們具體的ALUs數量和頻率，筆者并沒能找到準确的資料，是以本文我們隻通過3DMark和GFXBench這兩個專業測試軟體，對Adreno 6系GPU的理論性能進行一番對比（表2）。
我們以骁龍660內建的Adreno 512作為基準（100%），可以更加直覺地了解Adreno 6系GPU的差異。其中，Adreno 610和Adreno 612雖然數字序列更高，但綜合性能其實和Adreno 512相差無幾。從Adreno 615到Adreno 618之間的性能依次略增，在其背後就是不同ALUs單元和GPU頻率組合帶來的差異。
作為高通2018年度的旗艦，骁龍845（Adreno 630）之是以具備秒殺高通最新推出骁龍730（Adreno 618）的3D性能，是因為Adreno 630內建了高達512個ALUs單元，而骁龍730的ALUs應該是不足256個（很抱歉沒找到具體的參數）。
需要注意的是，從2018年下半年開始，高通最新推出的骁龍SoC移動平台都強化了AI運算能力，它們會借助一部分GPU内的ALUs單元，再結合Hexagon内內建的HVX單元，與CPU一起組成高通特有的骁龍AI Engine人工智能平台。
換句話說，在最新的骁龍移動平台中，更多的ALUs單元并不能換來等同的性能提升。以骁龍855為例，高通曾透露這顆晶片（較骁龍845）增加了50%的算數邏輯單元，也就是ALUs單元從512個提升到了768個，但從Adreno 640和Adreno 630之間的實際性能差異來看，增加的50%的ALUs僅換來了20%左右的性能增益，顯然其中有不少被高通拿來用于AI運算了。據一些專業人士測試分析，Adreno 630的512個ALUs中有一半（256）都用做了異構AI運算，用于彌補骁龍移動平台沒有獨立NPU單元的缺陷。
總之，骁龍移動平台中“最能打”的無非就是骁龍845和骁龍855，骁龍7系和骁龍6系的GPU之間也存在不小的差距。是以，如果你希望購買一款能以滿幀運作絕大多數遊戲的手機，認準骁龍8系還是很有必要的。至于骁龍6系，在骁龍710都降到千元價位之際，除非你不怎麼玩遊戲，否則還是敬而遠之吧。
蘋果和Imagination的情仇
在智能手機領域，目前能憑自己打造GPU的晶片設計廠商隻有高通和蘋果，高通的Adreno GPU源于AMD，而蘋果裝置的GPU則離不開Imagination Technologies公司的扶持。
Imagination也是很早就進軍GPU市場的公司之一，隻是為了避開英偉達和ATI的鋒芒，該公司更加專注于對超低功耗移動GPU的打磨，2001年推出的PowerVR MBX GPU曾被內建在英特爾、飛思卡爾、德州儀器和三星的SoC上，并成就了第一代iPhone、諾基亞N95和戴爾Axim X50v（PDA掌上電腦）這些經典裝置。
Imagination的第五代PowerVR SGX系列應該是知名度最高的GPU（如SGX530、SGX535），蘋果A4、三星Exynos和德儀OMAP3系列SoC都是它的客戶，索尼PSV掌機上內建的也是四核心的PowerVR SGX544MP4。随後，PowerVR逐漸變成了蘋果“獨占”的GPU，其他品牌（如聯發科、全志、瑞芯微和晶晨等）即便偶有合作，內建的PowerVR GPU也多是低端型号，待遇與“金主”蘋果相差甚遠。然而，也正是因為太過依賴蘋果，為Imagination的沒落埋下了伏筆。
Apple A10處理器應該算是蘋果和Imagination的最後一次合作，其內建的PowerVR GT7600 GPU甚至可以領先同期的Adreno 540（骁龍835），讓iPhone 7系列成為了當年性能最強的智能手機（實際上每一代iPhone基本都是同期最強）。
可惜，從A11晶片開始，蘋果正式抛棄Imagination而改用自研GPU，該晶片的GPU配置了6個着色器核心，每2個核心共享一個Texture單元，類似的設計和PowerVR GPU很像，是以有不少玩家都稱蘋果GPU是腳踏Imagination上位的——蘋果自研GPU的消息傳出後，Imagination很快就陷入了營運危機，時至今日隻有聯發科Helio P60（PowerVR GM9446）、P35和P22（PowerVR GE8320）等極少數SoC選擇與Imagination合作內建PowerVR GPU，和iOS生态圈的唯一霸主淪落到GPU領域的“其他”，Imagination的境遇令人唏噓不已。
目前Imagination最新的GPU解決方案包括PowerVR 9XEP/9XMP/9XTP（定位依次升高），9XEP和9XMP采用了較舊的Rogue架構，主要競争對手是ARM旗下的Mali-G72。而9XTP則由最新的Furian架構打造，每ALU增加到40條流水線，支援4K 120FPS、HDR、Vulkan API、安卓神經計算API等先進技術，理論上可以用來和ARM Mali-G76/G77抗衡。
ARM的“親兒子”Mali GPU
接下來就輪到ARM自己的“親兒子”，Mali系列GPU了。作為和Cortex A系列CPU架構搭檔的它，也是Android手機圈市占率僅次于高通Adreno GPU的存在，海思麒麟、三星Exynos、聯發科Helio，我們熟悉的絕大多數非高通系SoC都直接選擇了與Mali GPU聯姻。
CFan曾在《麒麟990的最大遺憾！ARM Cortex-A77架構到底好在哪？》一文中解讀了ARM最新Cortex-A77 CPU 和 Mali-G77 GPU的特色，是以本文就不再贅述，隻是簡單介紹一下Mali GPU的特别之處。
和Adreno GPU相比，Mali更加注重GPU的核心數量，将較多的GPU核心封裝成一個更大規模的GPU矩陣，就是Mali GPU拉升性能的不二法門。
Mali-G76最多可以布置20個計算核心
比如在Mali-G72時代，麒麟970就內建了12個核心的Mali-G72MP12，三星Exynos 9810更厲害，一股腦兒塞進了18個核心（Mali-G72MP18）。但是，GPU核心越多，發熱量和功耗也将随之變大，此時SoC廠商的選擇通常是降低GPU頻率以及關掉部分核心來達到控制功耗的目的。
換句話說，Mali-GPU的核心數量是存在一個臨界值的，超過這個核心數量就必須降低GPU頻率，最終導緻增加GPU核心的數量和對應的性能提升不成比例（1+1<2）。
是以，如何将有限的晶片面積配置設定給Cortex-A CPU和Mali GPU，并合理控制Mali GPU的規模和頻率，發揮最佳的能效比，這就ARM交給SoC廠商們的期末考試了。
總之，高通Adreno和ARM Mali是目前Android手機領域的主力，Adreno GPU的規格和性能取決于骁龍移動平台的型号，比較起來相對容易。ARM Mali GPU涉及Mali型号（如Mali-G52、Mali-G72、Mali-G76）、核心數量（字尾是MPx），以及與它們搭配的CPU架構和主頻，無論是綜合、CPU還是GPU性能都需要我們耗費更多精力對比。
當三星帶來AMD授權IP的自研GPU，Imagination得到更多SoC晶片廠商的支援，想想就頭大了吧？是以，如果你想了解最新移動GPU的動态和選購建議，敬請期待CFan同期的最新報道吧。