高通自研的骁龙 GPU 为啥这么强——Adreno之前世今生与发展简史

导语：

高通的骁龙处理器之所以能从“旧时代”的群雄争霸中脱颖而出，并长期霸占安卓阵营的高端市场（联发科主打还是中低端市场，麒麟则因制裁暂时退出市场），主要有两大原因。

第一大原因就是其打败德州仪器和英伟达的“基带打包”策略，当时高通的基带不仅质量高，还有打包方案所带来的便利性和优惠性，竞争优势极为明显。

至于另一大原因，则是其自研的 Adreno GPU 在高通处理器崛起的过程中迅猛发展，最后终于在2022年打败了苹果自研的GPU。下面就将时间倒回1985年，从这一切的源头开始。

1，前世

1985年，加拿大籍华人何国源在安大略省的万锦市（又名为“马卡姆市”，紧挨多伦多市），成立了一家名为 Array Technology Inc.（即“阵列技术公司”，简称“ATI”）的公司，主攻图形显示芯片业务。

谁也不会想到，就这么一个以30万加元（还是六个创始人一起集资才有的）在车库起家的小公司，竟能在成立的第二年就跻身加拿大五十大高科技公司之一！由此可见其技术优势有多么明显。

进入90年代后，显卡市场的竞争日趋白热化，不仅有大把老牌显卡强厂还不断有初创公司冒出，而这些初创公司中就有个同为华人创办的——黄仁勋领导下之英伟达，当然那时候的英伟达还在艰难摸索中。

1997年，英特尔推出了把图形芯片与主板芯片组、CPU打包的全套方案，就是这个事件吸引了ATI的注意力并让其分心开发了CPU业务线。就是在这样的背景下，英伟达趁机强势崛起。

1999年，英伟达发布了全球首款GPU——GeForce256，其首次加入了硬件 T&L，从而让显卡成为了电脑的核心硬件并彻底解放了CPU。这件大事让ATI直接惊出了一身冷汗，于是其在2000年中紧急发布了自家划时代的产品，即 Radeon 显示核心。

这款产品同样拥有硬件 T&L，而且在接口支持和整体性能方面，完全可以与英伟达的旗舰产品一较高下。至此，PC的独立显卡市场格局已定，N卡的 GeForce 和A卡的 Radeon 之对决正式开始。

虽说在2003年和2004年ATI的市场份额终于超越了英伟达，但这仅仅只是其“回光返照”而已，英伟达后面卷土重来并在2005年一举击溃ATI，使得ATI在2006年落得被 AMD 收购的下场。

ATI被收购后，其授权业务并没有终止，所以从2004年开始的与高通合作之业务继续进行。这个合作研发的移动GPU架构高通将其命名为Adreno——源于 Radeon 的字母重新排序，同时意译过来的话还有“肾上腺”之意，可见其命名之妙。

不过，面对日渐兴起的智能手机市场，高通觉得核心技术还是掌握在自己手里为妙。于是在2009年，高通收购了AMD的“向量绘图与3D绘图技术和知识产权”，而这实际上就是之前 ATI 的移动GPU技术。

2，今生

2004年高通之所以要跟 ATI 合作，为的是在自己的下一代移动芯片上集成3D图形技术。经过几年的研发，2007年高通自研GPU的开山鼻祖——Adreno 130正式诞生，随之一同诞生的还有集成基带芯片之 MSM7000 系列处理器。

2007年十一月份，高通正式推出了 Snapdragon 移动处理器品牌（2012年开始有了中文名“骁龙”），并推出了该品牌的第一款产品——S1系列的开山之作MSM7225，不过当时该型号并没有集成GPU。

直至2008年采用了高通自研CPU核心架构（Scorpion）的高端产品QSD8250/8650发布，才集成了新一代的 Adreno 200 GPU（仅有8个ALUs）。其拥有统一的着色架构，并首次支持OpenGL ES 2.0图形标准。

2009年高通从AMD手中收购了 ATI 的移动GPU技术后，其自研GPU架构开始迎来新一轮的发展。例如2010年推出的 S2 系列处理器（主要面向高端旗舰手机，最出名的型号是MSM8255），就集成了全新的Adreno 205。

由于制程工艺的升级（45nm），其能效较前代巨幅提升，同时其 2D 和 3D 图形处理能力也迎来了全方位的加强（ALUs规模翻倍至16），并支持 SVG 和 Adobe Flash 硬件加速。

以此为基础，2011年推出的 S3 系列处理器（步入双核时代的新一代旗舰芯片，初代小米搭载的就是该系列之MSM8260型号）又集成了更牛的Adreno 220——相较于前代其性能直接翻了一倍有余（ALUs规模继续翻倍至32）。

3，崛起

2012年，高通又推出了集28nm制程工艺和第二代自研 Krait 核心于一身的 S4 系列之两个高端子系列，其中 Plus 子系列所集成的Adreno 225（拥有48个ALU），开始引入了统一渲染架构——能够共享ALUs从而避免出现无效周期。

而另一个更高端的 Pro 子系列则集成了划时代的 Adreno 320（ALUs规模高达64），其不仅沿用了统一渲染架构，还拥有一项创新技术 FlexRender（能在Binning和Direct两种渲染模式之间智能切换，提升应用性能并减少功耗）。

此外，新增的各项多媒体功能以及对于OpenGL ES 3.0的支持，让其综合实力直接跃升至世界一线阵营，并正式与当时的移动GPU业界翘楚——Imagination Technologies公司的 PowerVR 和英伟达的 Tegra GeForce 同台竞技。

2013年初，高通自研CPU核心时代最后的辉煌，即骁龙800诞生；其所集成的Adreno 330直接将ALUs规模翻倍至128，落到实处就是性能翻倍了——这个成绩直接干翻了同期发布的英伟达Tegra4之GPU！

从此，高通的自研GPU就在性能跃进之路上大步狂奔。例如2014年四月份发布的骁龙810集成之Adreno 430，就将ALUs规模扩至192，并将频率提升至650Mhz，所以性能较Adreno 330直接翻了一倍有余——这又干翻了苹果A8集成的PowerVR GPU！

当然，就“火龙810”那发热量，GPU性能再强也没用。于是接下来的Adreno 530，虽然其ALUs增至256，但频率降低了些，同时还优化架构提高了ALUs的利用率，于是成功达成性能提升40%而功耗降低40%的成就！

此外，对于全新OpenCL 2.0与 Vulkan 标准、64位虚拟寻址等功能的支持，也是Adreno 530这代的几大亮点。接下来的 Adreno 540（骁龙835），继续降低驱动开销以提高利用率。

但是，到了 Adreno 630（骁龙845）这代，苹果通过自研的 GPU 架构（A11处理器）成功在性能方面超越高通（但能效表现不如）。往后的 Adreno 640（骁龙855），将ALUs规模扩大至384，同时降低频率，再结合7nm的制程工艺升级，能效显著提升。

到了 Adreno 650（骁龙865）这代，继续扩大ALUs规模至512，并继承了前代较高的带宽压缩和着色处理能力，并首次支持桌面级正向渲染，此外其像素着色器的速度大幅提升，能效表现依然优异。

尾声：

再接下来就是骁龙888的Adreno 660了，由于其通过大幅提高频率来提升性能，再加上三星晶圆代工的助攻，能效表现大翻车！所以这年的苹果A14，不仅依然性能领先，能效方面也赢得毫无悬念。

不过，苹果也没高兴太久，因为回归台积电工艺的骁龙8+ Gen1之Adreno 730成功将性能及能效拉到和A15旗鼓相当的层次，并一举在继任的 Adreno740（骁龙8 Gen2）上将A16的GPU全方位击败！

这代继承了前代的图像运动引擎（以同样的功耗运行双倍帧率）和立体渲染技术（实现端游级特效），并将ALUs规模从1024扩大至1536，同时还将频率从900Mhz降至680Mhz，能效表现极为优秀。

此外，Adreno 740还首次支持硬件加速的光线追踪和游戏后期处理加速器。这还没完，今年最新的 Adreno 750又继续将规模扩大至1792ALUs，且频率也被提升到770MHz，从而做到了全面吊打A17 Pro！