并行图形架构与排序分类

Amdahl 定律（23.9 节）

$s$ 为串行比例，$p$ 为并行部分的最大提升倍数（如从 1 个多处理器加到 4 个，$p=4$）。例：$s=0.1$、$p=20$ 时 $a=1/(0.1+0.9/20)\approx6.9$，远不到 20；$p\to\infty$ 时也只有 $a=10$。并行部分大幅改进后，串行部分就越来越成为限制。

四种排序架构

几何单元和像素单元可能映射到同一组统一 ALU，但仍需理解排序发生在何处。

flowchart LR
  A["应用"] --> S1{sort-first}
  S1 --> G["几何 G"]
  G --> S2{sort-middle}
  S2 --> R["光栅 R"]
  R --> S3{sort-last fragment}
  S3 --> P["像素 P"]
  P --> S4{sort-last image}
  S4 --> D["显示"]

如上图，四个菱形是排序可能发生的四个位置。

补充：

• sort-last image 用于大型拼接显示时，节点间要传输大量图像和深度数据；Roth 与 Reiners 用各处理器结果的屏幕与深度包围范围优化传输与合成；透明物体难以分开合成，通常发给所有节点。
• Eldridge 等的 Pomegranate 是 sort-everywhere 架构：在 G 与 R、R 与 P、P 与显示之间都插入排序阶段，用点对点高速网络实现，仿真显示增加管线时性能近线性增长。

负载均衡与通信

图形系统是多处理系统，有两个经典问题：负载均衡与通信。管线中多处插入 FIFO 队列以免某部分停顿，例如几何与光栅之间的 FIFO 可缓冲三角形，以防光栅单元因巨大三角形跟不上。总线带宽过低或使用不当会成为瓶颈，所以要设计应用的渲染系统使瓶颈不落在总线上（如主机到图形硬件的总线）。

光线追踪硬件（23.11 节）

研究始于 Schmittler 等（2002，遍历与求交，着色为固定功能），Woop 等加入可编程着色。Imagination、LG、三星都提出过实时光线追踪硬件，撰写时只有 Imagination 发布了商用产品。共同特征：

1. 常用基于 AABB 的包围体层次 (BVH)；
2. 降低光线-盒测试精度以减少硬件复杂度；
3. 用可编程核心做着色。

Imagination 的光线追踪单元包含光线求交处理器和一致性引擎（把性质相近的光线聚在一起处理以利用局部性），还有专门构建 BVH 的单元。研究方向包括低精度遍历、压缩 BVH 表示和能效。