物理加速卡

物理加速卡是一種專門設計的，用來加速物理模擬算法執行的處理器產品。

基本介紹

• 中文名：物理加速卡
• 外文名：Physics Processing Unit
• 也叫：物理處理器
• 英文縮寫：PPU

簡介

物理加速卡，也叫物理處理器。

物理處理器是英文Physics Processing Unit的直譯叫法，英文縮寫為PPU。它能加速的模擬算法包括剛體動力學、碰撞檢測、流體模擬、軟性物體和物體破裂模擬。通過這種硬體設備，我們能將現在計算機系統的中的處理器從其不擅長的物理模擬和人工智慧算法中解放出來，讓CPU、GPU和 PPU各自負責自己在遊戲中最擅長的部分。PPU使得遊戲角色和整個遊戲場景有盡乎自然的互動性，把遊戲畫面呈現的物體都可以盡乎自然的方式進行操縱和影響，尤其套用在電子遊戲上。物理學上的剛體動力學、碰撞偵測、流體力學、頭髮模擬、衣物模擬和物件破壞等效果，均可以這種處理器進行運算。這個概念源自於減輕中央處理器（CPU）的負擔，和使用顯示核心取代CPU進行繪圖運算的原理一樣。有關物理數據也可以單純以一般的CPU去計算，但在速度方面會比PPU慢得多。

開發歷史

第一個物理處理器為SPARTA and HELLAS。

在05年遊戲開發者論壇（Game Developers Conference, GDC）上，一家名不見經傳的美國半導體設計廠商Ageia發表了世界上第一顆采硬體加速物理運算處理器（Physics Processing Unit, PPU）“PhysX”，有了它在3D遊戲和套用中我們可以看到更多真實的物理運算過程。這帶來的好處是3D環境中的事物將無比真實，其運動將遵循物理定理而不是按事先指定好的一種或者多種方式進行。可以說，更多的物理運算的加入，可以讓3D世界變成真正的世界。

Ageia公司推出的PPU能將現在最頂級處理器模擬物理特徵的物體個數從30—40個拓展到40000到50000個，當我們看到這樣懸殊的數字對比時，就會明白我們為什麼要去關注它了。

相關功能

如果CPU是為了達到更快的運算速度，GPU是為了達到更好的圖像效果，那么PPU就是為了使遊戲更加真實。在以前的3D遊戲中，大多數的背景和物體都只是一些死死的貼圖效果，毫無真實感可言。而在2004發布的FPS遊戲大作Half Life 2（半條命2）中，遊戲開發商就給了玩家們一個非常真實的物理世界。你可以在遊戲中撿起一個廢紙盒，然後把它拋向遠處，然後可以看見它撞擊到牆壁以後反彈到上地面上，濺起一陣灰塵。接近於真實物理效果使得遊戲不再是由一個個的貼圖組成，任何物體都是可移動的，它們都遵守著遊戲中的物理參數，組成了一個“真實”的遊戲世界。

解決方案

Havok FX

Havok開發工具（SDK）是PhysX開發工具的主要競爭者，目前被用於約150個遊戲中。為了和PhysX競爭，Havok FX可以使用多繪圖處理器的技術來加速物理計算，包括了NVIDIA的SLI和ATI的CrossFire。Havok將物理運算分為特效和遊戲運算，特效運算（如爆炸時的煙霧）將會由GPU的Shader Model 3.0來進行運算，進而減輕CPU的負擔。而遊戲物理運算則仍然由CPU處理。由於英特爾收購了Havok，前者顯然希望物理計算由CPU負責，所以由顯示卡加速Havok FX的開發似乎已經被取消。

nVidia方案

Havok面對AGEIA的衝擊，將Havok FX物理引擎改造，使之能由顯示卡硬體處理。根據示範影片，使用顯示卡的物理運算效果，與獨立的一張PhysX卡不相伯仲。而nVidia亦搶先ATi一步，宣伂與Havok合作。配合nVidia的SLi技術，一張顯示卡能作立體運算，另一張能作物理運算。據了解，nVidia也會參考ATi的三卡方案，兩張顯示卡會在立體計算，另外的一張作獨立的物理計算。由於AGEIA公司已被nVIDIA公司收購，後者應該會轉用PhysX方案。而NVIDIA亦表明，PhysX的硬體加速會改由顯示卡負責。

ATI方案

面對nVidia的挑戰，ATi亦不甘示弱，亦宣布與Havok合作。由於物理運算部份由像素著色器處理，由於X1900XT的像素著色元件達48個之多，物理運算效能應較nVidia頂級的GeForce 7900強。另外，在AMD Fusion方案中，GPU將會以向量補助運算器的方式來和CPU運算作更緊密的結合。這個組態也非常有可能成為PPU的角色。

Intel的Larrabee技術

Intel的Larrabee技術是個運算能力最佳化的多核心x86構造，有可能成為PPU的角色。Intel已經確認Larrabee技術的記憶體架構將會類似CPU的快取結構，但是它也提供對快取記憶體控制的指令。

Cell處理器對PPU

在PlayStation 3（PS3）內的Cell處理器運作方式類似AGEIA的PhysX處理器。與ATI/NVidia的GPGPU解決方案不同的是，它使用了數個平行的執行緒，每個執行緒都有大型運算單位，並且執行緒之間有更多的溝通和控制。

PS2 - VU0

PlayStation2（PS2）的VU0可以被視為早期PPU套用的發展，VU0可以取代CPU來做額外的AI和物理運算，但也支援額外的頂點運算，讓他成為一種額外的補助器而不是一個獨立的單元（Unit）。VU0的用途類似於Havok FX和GPU的物理運算。