[發(fā)明專利]一種GPU紋素并行獲取方法

在審

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• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110930493A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭新建;田澤;韓立敏;任向隆;張駿;張琛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T15/04
• 代理公司: 北京清大紫荊知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11718
• 代理人: 李紅

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及GPU的紋理采樣，尤其涉及一種GPU紋素并行獲取方法，將紋理過濾單元中的采樣單元功能設(shè)置于DDR控制器內(nèi)部，由DDR控制器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)紋素過濾，并將過濾后的紋素通過紋理Cache單元返回給統(tǒng)一染色陣列單元，在Cache缺失時觸發(fā)進(jìn)行紋理過濾電路工作。該方法可以減少紋理訪問的存儲帶寬需求，增加紋理Cache的利用率，只有Cache缺失時才觸發(fā)進(jìn)行紋理采樣電路工作，降低了系統(tǒng)功耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及GPU的紋理采樣，尤其涉及一種GPU紋素并行獲取方法。

背景技術(shù)

3D圖形繪制的紋理映射功能存在大量需要被貼圖的片段，每個片段的紋理過濾時會發(fā)出多個紋理存儲器訪問請求，紋理存儲器需要為紋理過濾單元提供“高帶寬、低延遲”的紋理數(shù)據(jù)，而3D圖形繪制中大量的紋理數(shù)據(jù)需要存儲在片外的DDR存儲器上，一般采用紋理Cache和紋理壓縮等方式降低紋素?cái)?shù)據(jù)的帶寬占用。

傳統(tǒng)的紋理貼圖過程是首先由紋理采樣單元計(jì)算紋素地址，并將紋素地址發(fā)送給紋理Cache單元，然后由紋理Cache單元負(fù)責(zé)從DDR控制器中獲取并返回多個紋素后送給紋理過濾單元，最后由紋素過濾單元按照采樣模式進(jìn)行紋素過濾后送給統(tǒng)一染色陣列單元進(jìn)行染色。傳統(tǒng)的紋理貼圖過程從Cache系統(tǒng)獲取的是紋素的原始值，這對Cache系統(tǒng)帶來了極大的帶寬壓力；以雙線性過濾為例，每個貼圖像素點(diǎn)需要獲取4個紋素值，由這4個紋素值進(jìn)行過濾后生成該像素點(diǎn)使用的紋素值。這樣Cache系統(tǒng)和DDR需要必須提供4倍于像素點(diǎn)的帶寬。而實(shí)際最終送給統(tǒng)一著色陣列進(jìn)行著色的仍然只有1個像素值，在一些資源有限但對性能要求很高的嵌入式應(yīng)用中，這種存儲帶寬的問題會導(dǎo)致系統(tǒng)性能極大下降。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述缺陷，本發(fā)明描述了一種GPU紋素并行獲取方法及電路，減少紋理訪問的存儲帶寬需求，增加紋理Cache的利用率，降低了系統(tǒng)功耗。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：

本發(fā)明提出一種GPU紋素并行獲取方法，該方法為：將紋理過濾單元中的采樣單元功能設(shè)置于DDR控制器內(nèi)部，由DDR控制器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)紋素過濾，并將過濾后的紋素通過紋理Cache單元返回給統(tǒng)一染色陣列單元，在Cache缺失時觸發(fā)進(jìn)行紋理過濾電路工作。

為了減少紋理訪問的存儲帶寬需求，增加紋理Cache的利用率并降低系統(tǒng)功耗，所述方法通過GPU紋素并行獲取電路實(shí)現(xiàn)，所述GPU紋素并行獲取電路包括紋理采樣單元、紋理Cache單元、紋理數(shù)據(jù)存儲DDR及其控制器單元和統(tǒng)一染色陣列單元；所述紋理采樣單元、紋理Cache單元和統(tǒng)一染色陣列單元依次連接，所述紋理數(shù)據(jù)存儲DDR及其控制器單元連接至紋理Cache單元；

所述紋理采樣單元用于紋理參數(shù)獲取和紋理地址計(jì)算；

所述紋理Cache單元用于從DDR中獲取紋素?cái)?shù)據(jù)；

所述紋理數(shù)據(jù)存儲DDR及其控制器單元用于存儲紋素?cái)?shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)紋素內(nèi)部過濾；

所述統(tǒng)一染色陣列單元用于紋素貼圖操作。

進(jìn)一步限定，所述紋理采樣單元用于執(zhí)行紋理參數(shù)和紋素地址計(jì)算，并將計(jì)算后的紋素地址發(fā)送給紋理Cache單元；

為了提高總體帶寬和吞吐率、減少延遲、增強(qiáng)并發(fā)性并使其適用于多紋理流水線的處理，所述紋理Cache單元用于接收紋理采樣單元送來的紋素地址，獲取紋素?cái)?shù)據(jù)并返回給統(tǒng)一染色陣列單元；紋理Cache單元內(nèi)部集成一級Cache和二級Cache，一級Cache根據(jù)紋理需求劃分為多個子Cache；一級Cache采用多Bank、多端口、非阻塞和流水線設(shè)計(jì)，同時為多個并發(fā)的紋理流水線提供多組紋理數(shù)據(jù)；二級Cache采用流水線設(shè)計(jì)，內(nèi)部采用壓縮存儲。

進(jìn)一步限定：所述紋理數(shù)據(jù)存儲DDR及其控制器單元內(nèi)置有紋理比較單元和紋素過濾單元；