Nvidia の Tegra 3: Android ゲームの王者?
少なくとも今後数日間は、Tegra 3はNvidiaのスマートフォンおよびタブレット向けフラッグシップSoC（システムオンチップ）です。チップの性能はもはや最速ではありませんが、積極的な開発者リレーションチームがゲーム開発者と協力し、彼らのゲームをNvidiaのハードウェア向けに最適化しています。その結果、Tegra 3のULP GeForceグラフィックコンポーネントとクアッドコアCortex-A9ベースのプロセッサは、モバイルゲームで最高クラスのグラフィックを提供し続けています。しかし、発売から1年以上経った今でもTegra 3の優位性は健在なのでしょうか？それとも、業界他社が追いついてしまったのでしょうか？
実際に何を測定しているのか明確にしておきましょう。今日の取り組みは、Tegra 3のフレームレートをベンチマークしたり、Androidゲームについて一概に一般論を述べたりするためのものではありません。Tegra 3向けに行われた最適化が効果的かどうか、そしてそれがプレイアビリティに悪影響を与えているかどうかを視覚的に比較するものです。
テストに入る前に、Tegra の ULP GeForce が他のモバイル GPU とどう違うのかを説明しましょう。
Tegra 対 PowerVR、Mali、Adreno
Tegra 3は、GPUの動作方法において他のSoCとは大きく異なります。NvidiaのULP GeForceは、Tegra 2のより複雑なバージョンであり、ピクセルシェーダーを4つではなく12個採用し、最大400MHzから520MHzまで動作周波数が向上しています。
現在のモバイル GPU では、イミディエイト モード レンダリング (IMR) とタイル ベース レンダリング (TBR) という 2 つの基本的なレンダリング操作が採用されています。
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NvidiaのTegraはIMR方式を採用しており、これは10年以上PC GPUの標準となっています（タイルベースレンダリングを採用した最後のデスクトップ向けグラフィックスプロセッサは、2001年に登場したSTMicroelectronicsのPowerVR Kyro IIでした）。IMR方式のレンダリングでは、ポリゴンの受信、変更、テクスチャ処理、表示、そして特定のゾーンの計算が複数回行われます。モバイルの世界では、これは一般的に無駄と見なされるでしょう。しかし、NvidiaはIMR方式に対応できる十分な速度のグラフィックスハードウェアを提供しています。
私
マジネーション・テクノロジーズのPowerVRチップセットは、タイルベース遅延レンダリング（TBR）の典型的な例です。TBRでは、各フレームをタイルと呼ばれる小さなセクションに分割します（右）。各タイルのレンダリングは個別に実行され、各タイルの可視ピクセルのみがレンダリングパイプラインに送られます。フレーム内で可視でないピクセルはレンダリングされません（したがって遅延されます）。例えば、木の陰に隠れている車の一部を構成するピクセルなどがこれにあたります（下図）。
各フレームを個別にレンダリングされるタイルに分割することで、GPUコアの数を増やすことでGPUパフォーマンスが向上するため、PowerVRは比較的線形なスケーラビリティを実現します。また、計算から非表示領域を排除することで必要な帯域幅も削減され、これはモバイルの世界において非常に重要な利点となります。Imagination TechnologiesのPowerVRテクノロジーは、Intel（Medfield）、Samsung（Hummingbird）、Texas Instruments（OMAP）などのSoCに搭載されていますが、中でも特に注目すべきは、Appleの由緒あるiOSベースデバイス（A x）のグラフィックス性能です。
ARMとQualcommのGPUは、2つの基本的なレンダリングモードを組み合わせて利用しています。ARMのMaliは、タイルベース・イミディエイトモードレンダリング（TBIMR）と呼ばれるハイブリッドモードを採用しています。一方、QualcommはAndreno 320で異なる種類のハイブリッドモードを採用しており、TBRとIMRのどちらでもレンダリング可能です。Maliの最も顕著な利用法はSamsungのExynosですが、AdrenoはQualcomm独自のSnapdragon SoC専用です。
それぞれのレンダリング方式には長所と短所がありますが、NVIDIAの選択は一貫していると言えるでしょう。皮肉なことに、NVIDIAはPowerVRの限界の一つを巧みに利用しています。多くのゲームはPowerVR GPUを搭載したiOSベースのデバイス向けに設計されているため、ジオメトリの制約が存在します。そこで、Tegra 3ではピクセルシェーダーユニットの数を倍増させるだけで、NVIDIAは開発者が既存のゲームに追加エフェクトを追加できるようにしています。同社はPCゲーム開発者との緊密な関係を活用することで知られており、今回、モバイルタイトルのクリエイターとも同様の取り組みを行っています。
誤解のないよう明確に述べておくと、Nvidiaは現在、最速のモバイルGPUを持っているわけではありません。ARM、Imagination Technologies、Qualcommはいずれもより高速なエンジンを持っています。その理由の一つは、Tegra 3が発売されてから1年以上が経過し、CESで後継機が登場する目前にあるからです。第二に、NvidiaはSamsungや、それほどではないもののAppleと同じ立場にありません。例えば、第3世代iPadに搭載されたA5X SoCの開発には、AppleがA5のGPUコア数をMP2 GPUからMP4 GPUへと倍増させる必要がありました。さらに、Nvidiaはデバイスメーカーへの販売に注力していますが、AppleとSamsungはチップメーカーです。
しかし、同社は依然として大きな成功を収めており、HTC One X+、Microsoft Surface、Lenovo IdeaPad Yoga 11、さらにはTesla Model S電気セダンなど、様々なデバイスやフォームファクターに搭載されています。では、最適化されたゲームとはどのようなもので、Tegra 3はどのように動作するのでしょうか？
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