آرم از پردازنده گرافیکی Mali G2-Ultra NX رونمایی کرده است؛ نخستین GPU خانواده Mali که شتابدهندههای عصبی اختصاصی را مستقیماً در معماری گرافیکی خود جای میدهد. هدف آرم این است که تکنیکهایی مانند افزایش رزولوشن با هوش مصنوعی، تولید فریم و بهبود Ray Tracing را که طی سالهای اخیر در کارتهای گرافیک دسکتاپ اهمیت زیادی پیدا کردهاند، با محدودیتهای توان و دمای گوشیهای هوشمند سازگار کند.
البته عبارت «اولین پردازنده گرافیکی موبایل آرم» درباره این محصول دقیق نیست. Mali G2-Ultra NX اولین GPU موبایل آرم محسوب نمیشود، بلکه آرم آن را اولین AI-native Mali GPU و نخستین عضو خانواده Mali مجهز به شتابدهندههای عصبی اختصاصی معرفی کرده است. همین تفاوت، مهمترین ویژگی نسل جدید محسوب میشود.
Mali G2-Ultra NX چیست؟
Mali G2-Ultra NX پردازنده گرافیکی جدید آرم برای نسل بعدی تراشههای موبایل است و بخشی از پلتفرم Arm CSS for Mobile 2 به شمار میرود. در این معماری، پردازشهای گرافیکی سنتی و پردازشهای مبتنی بر شبکههای عصبی با یکدیگر ترکیب شدهاند تا GPU مجبور نباشد تمام جزئیات هر فریم را به روش سنتی رندر کند.
آرم در این نسل سه بخش مهم را ارتقا داده است: معماری اجرای دستورات GPU بازطراحی شده، شتابدهندههای عصبی اختصاصی به هستههای Shader اضافه شدهاند و نسل سوم واحد سختافزاری Ray Tracing نیز در اختیار توسعهدهندگان قرار میگیرد. نتیجه این تغییرات قرار است افزایش کیفیت تصویر و نرخ فریم باشد، بدون آنکه مصرف انرژی گوشی به همان نسبت افزایش پیدا کند.
شتابدهنده اختصاصی هوش مصنوعی Mali G2-Ultra NX چه کاری انجام میدهد؟
مهمترین تغییر Mali G2-Ultra NX اضافه شدن Neural Accelerator به داخل GPU است. این واحدها مستقیماً با Shader Coreها یکپارچه شدهاند و میتوانند پردازشهای مربوط به Neural Graphics را در کنار پردازشهای معمول گرافیکی اجرا کنند.
این روش با حالتی که یک پردازش گرافیکی برای استفاده از هوش مصنوعی مجبور باشد مرتباً اطلاعات را میان GPU و یک واحد پردازشی جداگانه جابهجا کند تفاوت دارد. در معماری جدید، شتابدهنده عصبی میتواند از سیستم حافظه، کش و بخشهایی از زیرساخت کنترلی GPU استفاده کند. آرم میگوید این طراحی میزان جابهجایی داده را کاهش میدهد و امکان اجرای مؤثرتر پردازشهای هوش مصنوعی در محدودیت مصرف انرژی گوشی را فراهم میکند.
در واقع NX در نام Mali G2-Ultra NX به همین تمرکز ویژه روی پردازشهای عصبی اشاره دارد و قرار است هوش مصنوعی را از یک قابلیت جانبی به بخشی از فرآیند اصلی رندر گرافیک تبدیل کند.
Neural Super Sampling؛ نسخه موبایلی ایدهای شبیه DLSS
یکی از مهمترین قابلیتهای نسل جدید Neural Super Sampling یا NSS است. در این روش بازی میتواند تصویر را در رزولوشن پایینتری رندر کند و سپس یک مدل عصبی جزئیات لازم برای تولید تصویر با رزولوشن بالاتر را بازسازی کند.
ایده کلی مشابه تکنیکهایی است که در کارتهای گرافیک دسکتاپ برای Upscaling مبتنی بر هوش مصنوعی استفاده میشوند. مزیت اصلی چنین روشی این است که GPU بهجای رندر کامل تمام پیکسلهای تصویر با رزولوشن بالا، بخش سنگینتری از کار را در رزولوشن پایین انجام میدهد و هوش مصنوعی تصویر نهایی را بازسازی میکند.
برای گوشیهای هوشمند این موضوع اهمیت بیشتری دارد؛ زیرا افزایش توان خام GPU معمولاً با مصرف انرژی، تولید حرارت و کاهش شارژدهی باتری همراه است. Neural Super Sampling میتواند راه دیگری برای افزایش کیفیت تصویر بدون بالا بردن مستقیم حجم پردازش سنتی باشد.
افزایش نرخ فریم با Neural Frame Rate Upscaling
فناوری مهم دیگر Neural Frame Rate Upscaling یا NFRU است. این قابلیت با استفاده از شبکههای عصبی فریمهای میانی را ایجاد میکند تا نرخ فریم مشاهدهشده توسط کاربر افزایش پیدا کند.
به بیان ساده، GPU لازم نیست تمام فریمهای نمایش دادهشده روی صفحه را به شیوه سنتی رندر کند. تعدادی از آنها میتوانند براساس اطلاعات فریمهای قبلی و بعدی ساخته شوند. این تکنیک از نظر هدف شباهت زیادی به فناوری Frame Generation در پردازندههای گرافیکی جدید کامپیوتر دارد.
آرم اعلام کرده است ترکیب معماری جدید Mali G2-Ultra NX با NFRU میتواند اجرای بازیهای موبایل با نرخ فریم تا ۱۲۰ فریمبرثانیه را در برخی سناریوها ممکن کند. با این حال، این اعداد مربوط به آزمایشها و ادعاهای خود آرم هستند و هنوز نباید آنها را معادل Benchmark مستقل روی گوشیهای تجاری در نظر گرفت.
هوش مصنوعی به کمک Ray Tracing موبایل میآید
سومین فناوری Neural Graphics آرم Neural Super Sampling and Denoising یا NSSD است. این فناوری Upscaling عصبی را با حذف نویز ترکیب میکند و بهخصوص برای صحنههایی طراحی شده که از Ray Tracing استفاده میکنند.
Ray Tracing میتواند نور، سایه و بازتابهای طبیعیتری ایجاد کند، اما اجرای آن حتی روی GPUهای دسکتاپ نیز پردازش سنگینی محسوب میشود. محدودیت توان و سیستم خنککننده گوشی باعث میشود استفاده گسترده از این فناوری در موبایل دشوارتر باشد.
Mali G2-Ultra NX علاوه بر NSSD از نسل سوم واحد سختافزاری Ray Tracing آرم استفاده میکند. پشتیبانی سختافزاری از Opacity Micromaps نیز به GPU اجازه میدهد هندسههایی مانند برگها، پارچهها و سطوح دارای شفافیت را مؤثرتر پردازش کند.
آرم در یکی از دموهای خود اعلام کرده استفاده از Opacity Micromaps نرخ فریم را ۳۰ درصد افزایش داده و حجم پردازش Ray Tracing را تا ۷۰ درصد کاهش داده است. معماری جدید همچنین در برخی Benchmarkهای Ray Tracing تا ۱۳ درصد ترافیک کمتری به حافظه DRAM ایجاد کرده است. این ارقام مربوط به آزمایشهای داخلی آرم هستند و عملکرد واقعی در گوشیهای مختلف میتواند متفاوت باشد.
Mali G2-Ultra NX چقدر سریعتر از نسل قبل است؟
حتی بدون استفاده از قابلیتهای هوش مصنوعی، آرم برای Mali G2-Ultra NX افزایش کارایی نسبت به Mali G1-Ultra را وعده داده است.
براساس ارقام رسمی شرکت، عملکرد بازیهای سنتی که از Neural Graphics استفاده نمیکنند میتواند تا ۱۴ درصد افزایش پیدا کند و افزایش عملکرد در برخی Benchmarkهای گرافیکی نیز تا ۲۴ درصد اعلام شده است. آرم همچنین Execution Engine جدید را بزرگترین بازطراحی این بخش طی هفت نسل اخیر Mali توصیف میکند.
در پردازشهای Neural Graphics اختلاف میتواند بسیار بیشتر باشد. آرم از دستیابی به حداکثر چهار برابر کارایی یا نرخ فریم بیشتر در برخی سناریوهای مبتنی بر Neural Graphics و در محدوده توان مشابه صحبت میکند. این عدد نباید به معنای چهار برابر سریعتر بودن Mali G2-Ultra NX در تمام بازیها تلقی شود؛ چنین افزایشی تنها زمانی قابل دستیابی است که بازی و موتور گرافیکی از فناوریهای عصبی جدید استفاده کنند.
آیا Mali G2-Ultra NX رقیب DLSS انویدیا است؟
از نظر ایده، شباهت قابل توجهی وجود دارد. DLSS انویدیا نیز از هوش مصنوعی برای بازسازی تصویر، افزایش نرخ فریم و بهبود برخی بخشهای فرآیند رندر استفاده میکند.
اما Mali G2-Ultra NX یک کارت گرافیک دسکتاپ مستقل نیست و هدف آن متفاوت است. آرم تلاش میکند مفاهیم مشابه Neural Rendering را وارد اکوسیستم تراشههای موبایل کند؛ جایی که مصرف چند وات انرژی و محدودیت حرارتی اهمیت بسیار بیشتری نسبت به یک کامپیوتر گیمینگ دارد.
بنابراین اهمیت Mali G2-Ultra NX فقط در افزایش قدرت خام GPU نیست. تغییر مهمتر این است که آرم نیز مانند سازندگان GPUهای دسکتاپ، هوش مصنوعی را به یکی از اجزای اصلی مسیر رندر گرافیک تبدیل کرده است.
آیا بازیها باید از این فناوری پشتیبانی کنند؟
بله. داشتن شتابدهنده هوش مصنوعی داخل GPU بهتنهایی باعث نمیشود تمام بازیها از Neural Super Sampling یا Frame Generation استفاده کنند. توسعهدهندگان بازی و موتورهای گرافیکی باید این قابلیتها را در نرمافزار خود پیادهسازی کنند.
آرم برای آسانتر کردن این مسیر Neural Graphics Development Kit را ارائه کرده و از افزونههای Unreal Engine، افزونههای یادگیری ماشین برای Vulkan، مدلهای از پیش آموزشدیده و ابزارهای مخصوص موتورهای سفارشی پشتیبانی میکند.
این شرکت همچنین اعلام کرده است استودیوها و شرکتهایی مانند Tencent Games و Unity China در حال استفاده از Arm Neural Technology هستند. بازی Where Winds Meet نیز قرار است یکی از نخستین بازیهایی باشد که از Neural Super Sampling آرم استفاده میکند و فناوریهای جدید در پروژههایی مانند Infinity Nikki و Arena Breakout Infinite نیز در حال آزمایش یا ادغام هستند.
چرا Mali G2-Ultra NX برای آینده بازیهای موبایل مهم است؟
رقابت پردازندههای گرافیکی موبایل سالها عمدتاً حول افزایش قدرت Shaderها و بهینهسازی مصرف انرژی میچرخید. Mali G2-Ultra NX نشان میدهد این رقابت در حال حرکت به سمت مدل دیگری است که در آن بخشی از کیفیت تصویر و نرخ فریم توسط مدلهای هوش مصنوعی تولید یا بازسازی میشود.
این تغییر میتواند برای گوشیهای گیمینگ و پرچمدار اهمیت زیادی داشته باشد. در یک گوشی نمیتوان بدون محدودیت توان GPU را افزایش داد، زیرا گرما و مصرف باتری سریعاً به مشکل تبدیل میشوند. اگر Neural Rendering بتواند بخش قابل توجهی از بار رندر را کاهش دهد، سازندگان تراشه میتوانند به جای افزایش دائمی مصرف انرژی، از هوش مصنوعی برای رسیدن به کیفیت گرافیکی بالاتر استفاده کنند.
البته موفقیت این رویکرد به سختافزار محدود نمیشود. کیفیت نهایی Neural Super Sampling، تأخیر ناشی از تولید فریم، تعداد بازیهای پشتیبانیشده و عملکرد واقعی تراشههای تجاری تعیین خواهند کرد که فناوری جدید آرم در عمل تا چه اندازه تأثیرگذار خواهد بود.
نتیجهگیری
Mali G2-Ultra NX را نمیتوان صرفاً یک GPU سریعتر از نسل قبل دانست. مهمترین تغییر این نسل، ورود شتابدهنده عصبی اختصاصی به داخل معماری Mali و استفاده از هوش مصنوعی بهعنوان بخشی از فرآیند رندر است. Neural Super Sampling، تولید فریم عصبی و Denoising مبتنی بر AI میتوانند به آرم کمک کنند کیفیت تصویر و نرخ فریم بالاتری را در محدودیت توان گوشیهای هوشمند ارائه دهد.
در حال حاضر بسیاری از اعداد عملکردی منتشرشده، از جمله افزایش تا ۱۴ درصدی عملکرد بازیهای عادی، ۲۴ درصدی Benchmarkها و جهشهای بزرگتر در Neural Graphics، نتایج اعلامشده توسط خود آرم هستند. قضاوت نهایی درباره Mali G2-Ultra NX زمانی ممکن خواهد بود که تراشهها و گوشیهای مجهز به آن بهصورت گسترده وارد بازار شوند و Benchmarkهای مستقل در دسترس قرار بگیرند.
