ROP單元一直是一個(gè)相對(duì)神秘的地方，不同于其他單元的單純和直接，ROP單元的結(jié)構(gòu)和作用一直都容易讓人產(chǎn)生混淆。有人認(rèn)定ROP單元的作用就是處理霧化之類的特效，有人覺(jué)得他是抗鋸齒的場(chǎng)合，有人以為光柵化過(guò)程在這里進(jìn)行，有人相信它是送出像素的單元。甚至連ROP單元的名字長(zhǎng)期以來(lái)都存在著不同的版本——Raster Operations Units以及Render Output Unit。

　　其實(shí)，ROP單元并沒(méi)有大多數(shù)人想象中那樣神秘，除了覺(jué)得ROP是在處理光柵化過(guò)程的人之外，其他所有人并排坐在一起，把自己的觀點(diǎn)重復(fù)一遍，ROP單元的功能就出來(lái)了——是的，ROP單元的功能，就是處理霧化等特定的特效，進(jìn)行采樣及抗鋸齒操作，以及將所有圖像元素混合成最終畫(huà)面并予以輸出。所以從作用的角度出發(fā)，相比于Raster Operations Units這種頭銜味道更重的名字來(lái)說(shuō)，Render Output Unit顯然更加適合用來(lái)描述ROP單元。

　　Render Output Unit，翻譯過(guò)來(lái)就是渲染輸出單元，那么渲染輸出的第一步，明顯就是渲染啦。

　　渲染這個(gè)詞對(duì)不少人來(lái)說(shuō)一直都很神圣。包括筆者在內(nèi)，許多愛(ài)好者在剛剛接觸到圖形處理過(guò)程時(shí)，都曾經(jīng)一度將渲染想象的極其復(fù)雜和神秘。其實(shí)不然，渲染過(guò)程無(wú)非就是將已經(jīng)準(zhǔn)備好的諸多圖像元素混合在一起而已。幾何處理單元，光柵化，TMU以及Shader單元，他們所做的看似復(fù)雜的工作，都只是為渲染過(guò)程準(zhǔn)備基礎(chǔ)和條件。而真正進(jìn)行渲染的混合過(guò)程，跟其他圖形處理過(guò)程一樣，從本質(zhì)上來(lái)講其實(shí)非常簡(jiǎn)單。

　　如果僅僅是完成混合以及輸出，這么簡(jiǎn)單而且輕松的工作量似乎有點(diǎn)太便宜了ROP單元了。沒(méi)錯(cuò)，除了進(jìn)行Z值相關(guān)的檢查來(lái)保障輸出像素的準(zhǔn)確性之外，混合輸出過(guò)程幾乎不會(huì)帶來(lái)其他更加復(fù)雜的操作。這種相對(duì)寬松和富裕的工作環(huán)境，讓ROP單元有了擴(kuò)展的充分理由和借口。于是隨著人們圖形需求的增長(zhǎng)，ROP單元很快就具備了另一個(gè)作用，那就是協(xié)助完成全屏抗鋸齒（FSAA）工作。

　　我們所看到的圖像的基本構(gòu)成單位是像素，而像素的形狀則是一個(gè)又一個(gè)的小方格，當(dāng)兩個(gè)相鄰像素存在巨大的顏色反差時(shí)，這兩個(gè)像素中間就會(huì)出現(xiàn)一條非常顯眼的顏色分界線。顏色分界線帶來(lái)的界面效應(yīng)是區(qū)分物體邊緣的重要標(biāo)識(shí)。

　　對(duì)于垂直和水平出現(xiàn)的像素分界來(lái)說(shuō)，由于其本身的范圍非常均一，因此并不會(huì)造成界面效果之外的效應(yīng)，但當(dāng)像素分界以斜線的形式出現(xiàn)時(shí)，效果就完全不一樣了。斜向像素分界線，正是困擾3D圖形界多年的問(wèn)題——鋸齒。

　　打開(kāi)你的畫(huà)筆，嘗試著畫(huà)一條最簡(jiǎn)單的斜線，然后放大看看。是的，非常不幸，這就是讓人討厭的鋸齒，外號(hào)“狗牙”。

不同鋸齒以及FSAA過(guò)濾方法

　　鋸齒的存在極大的影響了圖形效果的表達(dá)，本來(lái)應(yīng)該平滑的幾何模型表面，在光柵化并變成像素圖元之后變得不再平滑，這極大地影響了人們觀賞圖形時(shí)的感受。所有影響人們觀賞圖形的因素最終都要被干掉，這正是圖形界發(fā)展的根本動(dòng)力。為了消除鋸齒感給圖形造成的影響，我們有了Anti-Aliasing以及Anti-Aliasing Unit，也就是AA以及AA單元。

　　可抗鋸齒這事，跟ROP又有什么關(guān)系呢？

　　既然鋸齒的產(chǎn)生源自斜向分布像素之間的反差所生成的顏色分界線，那么淡化這條分界線就成了抗鋸齒的首選方案。分界線的礙眼是因?yàn)樗麡O強(qiáng)的對(duì)比性，那么我們?nèi)绻麑⒎纸缇€周?chē)鷶?shù)個(gè)像素的顏色提取出來(lái)進(jìn)行混合，然后重新賦予分界線周?chē)@些像素“中和”后的顏色，不就能讓原本非常突兀的顏色分界線變成自然平順的顏色過(guò)渡，并借以消滅礙眼的鋸齒了么？

　　混合，中和，賦予像素新的顏色，Anti-Aliasing的這些核心內(nèi)容，不正是ROP最傳統(tǒng)的工作么。抗鋸齒的原理，注定了這項(xiàng)工作必須通過(guò)ROP單元來(lái)進(jìn)行，現(xiàn)在你明白AA單元為什么會(huì)出現(xiàn)在ROP里了吧。

　　Anti-Aliasing過(guò)程的起點(diǎn)開(kāi)始于對(duì)圖像的放大，我們首先要將整個(gè)圖像（超級(jí)采樣，SSAA）或者比較精確的物體邊緣（多重采樣，MSAA）進(jìn)行放大，然后對(duì)顏色反差巨大的物體邊緣部分的像素及其周?chē)南袼剡M(jìn)行提取和混合，形成比原來(lái)更加自然但也更加模糊的顏色過(guò)渡，最后再將圖像縮小回原來(lái)的尺寸以便消除顏色過(guò)渡產(chǎn)生的模糊現(xiàn)象。

　　ROP在AA過(guò)程中所做的事情，就是提取顏色分界線所在像素及其周?chē)袼氐念伾珨?shù)值，然后對(duì)這些像素的顏色進(jìn)行混合，再重新把新的過(guò)渡顏色刷上去。

　　幾何單元后面跟著光柵化，紋理單元有shader陪伴，似乎每個(gè)人都有自己的好“碰友”，大家激烈競(jìng)爭(zhēng)同時(shí)又相互支持，共同完成著屬于自己的工作。那作為整個(gè)流水線后端的ROP，有沒(méi)有自己的好“碰友”呢？

　　在前面的章節(jié)中我們已經(jīng)知道，抗鋸齒環(huán)節(jié)的操作需要頻繁的對(duì)圖像進(jìn)行放大，縮放以及對(duì)像素采樣和混合過(guò)程，這些過(guò)程意味著ROP需要反復(fù)對(duì)一幀畫(huà)面進(jìn)行多次操作，而且這些操作還會(huì)涉及高分辨率以及更多像素?cái)?shù)量的問(wèn)題。

　　另外，游戲體驗(yàn)很重要的組成部分就是畫(huà)面的流暢度，要利用視覺(jué)殘留效應(yīng)讓人眼誤以為畫(huà)面是連貫的，每秒鐘ROP所需要輸出的有效幀數(shù)起碼要大于30幀，本來(lái)每一幀畫(huà)面的數(shù)據(jù)量就比正常情況下高很多，畫(huà)面總量有如此之大，這一切都意味著一件事——ROP的工作，背后蘊(yùn)藏著巨大的數(shù)據(jù)量。

　　由此可見(jiàn)，想要讓ROP保持極高的工作效率，充足的顯存帶寬和緩沖空間是必不可少的。

　　我們要為ROP提供的好“碰友”，不僅要滿足他對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的極大要求，同時(shí)還要讓他能夠在任何想要進(jìn)行存儲(chǔ)及訪問(wèn)操作時(shí)均能自由的對(duì)存儲(chǔ)空間進(jìn)行動(dòng)作。這不僅需要一套優(yōu)秀的高頻高位寬顯存體系，同時(shí)還需要大數(shù)量的并行顯存控制器。

　　明白了ROP能干什么以及需要些什么，接下來(lái)我們就該看看ROP到底干了些什么，又是怎么干的了。只要你能明白魚(yú)香肉絲是怎么從案板走向餐桌的，你就一定可以明白R(shí)OP單元是怎么把圖像元素變成圖像的。

　　首先，由TMU拾取的紋理以及由shader處理完成的像素會(huì)被傳送到對(duì)應(yīng)的z/stencil buffer，接下來(lái)ROP單元會(huì)首先對(duì)這些紋理和像素進(jìn)行z/stencil檢查，盡管經(jīng)由光柵化處理之后的模型已經(jīng)不具備實(shí)際存在的Z軸了，但其深度信息依舊會(huì)被保存下來(lái)，對(duì)于深度和模板信息的判斷能夠讓ROP做出讓那些像素被顯示出來(lái)的決定，這不僅能夠避免完全遮擋的像素被錯(cuò)誤的顯示在前面，同時(shí)也能夠減少后續(xù)的color output部分的壓力。由于存在對(duì)深度的判斷和剔除操作，再加上Raster Operations Units這一特殊名稱的誤導(dǎo)，很多人都以為光柵化過(guò)程是在ROP單元才完成的，實(shí)際上Rasterization和ROP單元本身并沒(méi)有什么直接聯(lián)系的。Rasterization所進(jìn)行的是對(duì)模型的3D-2D坐標(biāo)投影變換，而ROP則是對(duì)像素的混合和輸出。

　　當(dāng)所有像素都完成了深度檢查等操作之后，特定范圍深度值的像素將被輸送到alpha單元進(jìn)行透明度檢查，由透明度及透明混合所導(dǎo)致的效果對(duì)于霧化以及體積光等效果有至關(guān)重要的意義，因此alpha單元的檢查與深度檢查幾乎可以說(shuō)同等重要。根據(jù)程序的需要，ROP會(huì)以Blend單元對(duì)特定的像素進(jìn)行alpha Blending操作。

　　經(jīng)過(guò)上述步驟之后，剩下的像素將會(huì)被填充進(jìn)2D化模型需要的范圍內(nèi)，也就是我們常見(jiàn)的Pixel Fillrate過(guò)程。Pixel Fillrate就好像一口大鍋，作為肉絲、青椒、冬筍還有蔥姜鹽糖豆瓣醬之類原料出現(xiàn)的像素會(huì)在這里被正確的混在一起。經(jīng)過(guò)混合，圖形元素所包含的原本孤立的信息會(huì)像食材之間交互作用產(chǎn)生的香氣一樣被釋放出來(lái)，最終形成我們能夠接受的圖像。

　　由于像素上的效果已經(jīng)被shader以數(shù)學(xué)的形式處理完畢了，因此如果沒(méi)有AA操作，那么到這里為止圖形渲染工作就算徹底完成了，所有效果的混合及填充將會(huì)讓正確的畫(huà)面最終得以呈現(xiàn)，這幅完成處理的畫(huà)面會(huì)被送入output buffer等待輸出。而如果程序要求進(jìn)行AA操作，比如MSAA，那么ROP中的AA單元還需要對(duì)填充完畢的畫(huà)面進(jìn)行若干次多重采樣，然后再對(duì)采樣出來(lái)的像素點(diǎn)進(jìn)行color Blending操作，完成之后的畫(huà)面才會(huì)被送入幀緩存等待輸出到屏幕上。

　　有人的地方就會(huì)有爭(zhēng)議、爭(zhēng)執(zhí)甚至是爭(zhēng)斗，GPU領(lǐng)域自然也不例外。不管ROP單元是忙活裝修的粉刷匠，還是演繹火的藝術(shù)的大廚，安分守己的他似乎并未躲開(kāi)成為事件中心的命運(yùn)?！　?/FONT>

將ROP等后端統(tǒng)和成RBE的R600構(gòu)架

非公版GF110的顯存帶寬更為恐怖

scene buffer溢出導(dǎo)致的錯(cuò)誤圖像

Z Occalusion檢測(cè)軟件——VillageMark

　　Imagination不是不知道TBDR技術(shù)這些天生的弊端，其旗下SGX系列顯卡那頑固的理論性能/景深系數(shù)的實(shí)際表現(xiàn)也一直讓其頭疼不已。但在最初退到嵌入式及低功耗芯片領(lǐng)域時(shí)，Imagination顯然沒(méi)有選擇。在SoC領(lǐng)域，芯片的功耗就是一切的指揮棒，拋棄ROP/MC為主的思路，堅(jiān)持以TBR/TBDR這類減少無(wú)效渲染的操作方式為基礎(chǔ)的發(fā)展思路剛好能夠迎合該領(lǐng)域的需求。所以從桌面敗亡的Imagination堅(jiān)強(qiáng)的在SoC領(lǐng)域活了下來(lái)，并且以其在低性能需求階段較高的功耗性能比獲得了蘋(píng)果的青睞，并最終賺的盆滿缽滿。

　　如果Imagination靜靜地呆在SoC領(lǐng)域，繼續(xù)與蘋(píng)果續(xù)寫(xiě)今天IOS設(shè)備的神話，桌面GPU領(lǐng)域自然不會(huì)受到多大的影響。盡管移動(dòng)設(shè)備尤其是平板電腦的大行其道缺失讓桌面領(lǐng)域頭疼不已，但畢竟雙方并非直接的對(duì)決，桌面領(lǐng)域依舊可以憑借絕對(duì)性能上毫無(wú)疑問(wèn)的領(lǐng)先維持住自己的一部分固定市場(chǎng)。但現(xiàn)在，來(lái)自蘋(píng)果強(qiáng)勁需求所帶來(lái)的豐厚利潤(rùn)顯然讓Imagination發(fā)生了某些化學(xué)反應(yīng)，變得不再安分于SoC領(lǐng)域。不斷更新的USSE指令集，PowerVR MBX以及SGX MPx系列無(wú)不清晰地顯露著Imagination重返桌面領(lǐng)域的野心。而如果Imagination重返桌面領(lǐng)域，其豐沛的資源雖然不一定能改變現(xiàn)有市場(chǎng)對(duì)性能需求的看法，但卻一定可以讓TBDR技術(shù)攪起一片漫天塵埃，讓本已盡顯混沌和發(fā)展不平衡的桌面顯示領(lǐng)域變得更加讓人迷茫。

　　沒(méi)人希望市場(chǎng)和發(fā)展前景一片混沌，也沒(méi)人希望自己被輕易的超越和淘汰，起碼NVIDIA和AMD都是如此。因此不管是出于何種目的，是防范Imagination也好是對(duì)抗自己的對(duì)手也罷，反正NVIDIA和AMD對(duì)桌面GPU的性能改進(jìn)，尤其是ROP/MC的性能改進(jìn)，一刻也沒(méi)有停止過(guò)。只有保持在性能上的絕對(duì)領(lǐng)先，才能通過(guò)壓制對(duì)手以及創(chuàng)造和滿足更高的需求等手段來(lái)防止對(duì)手的進(jìn)入。ROP單元，也便因此而成了桌面顯卡發(fā)展的保護(hù)者了。

　　NVIDIA以及AMD對(duì)ROP部分的改進(jìn)，首先是常規(guī)的增加ROP以及顯存帶寬的絕對(duì)數(shù)量。我們前面已經(jīng)提到了，近年來(lái)無(wú)論是NVIDIA還是AMD，其GPU構(gòu)架的ROP資源及顯存帶寬都在不間斷的增長(zhǎng)著。在最新的Fermi構(gòu)架中，NVIDIA GPU的ROP單元數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了恐怖的48個(gè)，而顯存帶寬更是被加到了192GB/S這一空前的數(shù)字。下一代的Kepler及GNC構(gòu)架將很有可能擁有64個(gè)左右的ROP單元，以及接近甚至超過(guò)300GB/S的顯存帶寬。更多ROP單元可以保證GPU擁有更高的像素處理和填充能力，而更高的帶寬則可以滿足ROP對(duì)AA等操作的需求。盡管這些舉措均非常消耗晶體管資源，但更多的ROP單元顯然可以帶來(lái)更加強(qiáng)勁的輸出效率，其所帶來(lái)的對(duì)整體性能的提升可以說(shuō)是立竿見(jiàn)影的。

　　除了擴(kuò)展規(guī)模之外，進(jìn)一步改進(jìn)ROP及整個(gè)后端內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，使其具備更高的像素輸出效率也未嘗不是一條合適的道路。比如當(dāng)初Z/stencil buffer的加入就為ROP單元帶來(lái)了不小得性能提升，現(xiàn)在繼續(xù)增大Z-buffer以及stencil buffer來(lái)變相提升ROP單元的單位周期以及某些特定環(huán)境下的像素吞吐能力，也是一種很好的嘗試，在這方面AMD構(gòu)架走的相對(duì)靠前，相信其構(gòu)架如GNC等，在未來(lái)會(huì)有更多更加強(qiáng)大的改進(jìn)出現(xiàn)。

　　我們可以在日常生活中找到很多與ROP類似的圖景。前面提到的將所有材料炒成一盤(pán)佳肴的大廚，GPU大百科前傳中出現(xiàn)過(guò)的刷漆師傅，流水線上將所有元件組裝成機(jī)械的工人，他們都是ROP單元在現(xiàn)實(shí)生活中所對(duì)應(yīng)的形象。ROP單元所從事的工作，與他們沒(méi)有任何區(qū)別。

　　因?yàn)樗麄兯鶑氖碌墓ぷ?，都是從單個(gè)元素向成品的跨越。

　　ROP單元對(duì)于GPU來(lái)說(shuō)是不可或缺的組成部分，它負(fù)責(zé)著圖形過(guò)程中圖像元素向畫(huà)面的最終跨越，混合像素并輸出這一特性，讓它的性能直接決定了畫(huà)面輸出的速率，進(jìn)而影響到整個(gè)GPU的實(shí)際性能表現(xiàn)，它甚至還是桌面GPU維持自身地位和榮耀的重要標(biāo)志。作為整個(gè)圖形流水線的最后一步，ROP單元真可謂是圖形之根本。

深受ROP單元裁剪限制的HD6790

　　在經(jīng)歷了ROP單元的故事之后，伴隨著畫(huà)面的最終輸出，我們關(guān)于圖形“處理”過(guò)程的全部步驟就算完成了。我們用了整整3個(gè)月，累計(jì)7篇文章的篇幅來(lái)完整的進(jìn)行了一次GPU硬件執(zhí)行流程的巡禮，這漫長(zhǎng)而疲勞的過(guò)程相信應(yīng)該能給屏幕前的你帶來(lái)一點(diǎn)點(diǎn)收獲了吧。

傳統(tǒng)到懷舊的NV20流水線

　　完成對(duì)整個(gè)GPU硬件流水線各個(gè)單元的觀察并不是GPU大百科全書(shū)系列的終點(diǎn)，要理解了解GPU的方方面面，我們所要涉及的故事還有很多——比如存在于各個(gè)單元之間的、直接關(guān)乎著它們動(dòng)作效率的緩沖體系，還有GPU各個(gè)組成單元之間一些非常有趣的數(shù)字關(guān)系，以及它們與最終性能之間的聯(lián)系等等。請(qǐng)相信我們，GPU內(nèi)還有著更多精彩的故事和真相在等待著你的發(fā)掘和思考，而這些精彩的故事都會(huì)在接下來(lái)的GPU大百科全書(shū)中一一的為你呈現(xiàn)，各位敬請(qǐng)期待吧。