ARM Mali GPU 架构系列介绍及 RK3568 3588 GPU 说明
一、Mali GPU 是什么
Mali 是 ARM 公司旗下的 GPU IP 品牌，与 ARM Cortex CPU 一样，采用授权模式，芯片厂商（如 Rockchip、MediaTek、Samsung）向 ARM 购买 Mali GPU 核心授权后集成到自己的 SoC 中。
Mali GPU 主要用于移动端、嵌入式、平板、机顶盒等场景，竞争对手包括 Imagination PowerVR、Qualcomm Adreno、Broadcom VideoCore 等。
二、Mali GPU 架构代际演进
ARM Mali GPU 按发布年代和架构，分为 五大代际：
Utgard (2007~2012) 最早期的 Mali 架构
└── Mali-200, Mali-400 MP, Mali-450 MP, Mali-470
Midgard (2013~2016) 首代统一着色器架构
└── Mali-T604, T622, T624, T628, T678
└── Mali-T720, T760, T820, T830, T860, T880
Bifrost (2016~2020) 引入全新标量/子句执行模型
└── Mali-G31, G51, G52, G57(部分)
└── Mali-G71, G72, G76
Valhall (2019~至今) 第二代标量架构，大幅提升效率
└── Mali-G57(部分), G68, G77, G78
└── Mali-G310, G510, G610, G710, G715
5th Gen (2023~至今) 第五代架构，引入硬件光追等
└── Immortalis-G720, Mali-G720, Mali-G620
三、各架构特点详解
3.1 Utgard 架构（2007~2012）
首代 Mali GPU，采用分离式顶点/像素着色器（非统一着色器）。
| 型号 | 核心数 | 典型用途 |
|---|---|---|
| Mali-200 | 1 | 低端手机、功能机 |
| Mali-400 MP | 1~4 | 广泛用于 RK3066、全志 A10/A20、三星 Exynos 4210 |
| Mali-450 MP | 1~8 | Mali-400 升级版，提升顶点处理性能 |
| Mali-470 | 1~4 | 低功耗优化版，用于 IoT/可穿戴 |
特点：仅支持 OpenGL ES 2.0，无 OpenCL 支持，是 ARM 切入 GPU 市场的早期产品。
3.2 Midgard 架构（2013~2016）
首代统一着色器架构（Unified Shader），支持 OpenGL ES 3.0/3.1，大幅提升图形能力。
| 型号 | 核心数 | 工艺 | 典型平台 |
|---|---|---|---|
| Mali-T604 | 1~4 | 32nm | 三星 Exynos 5250 |
| Mali-T760 | 1~16 | 28nm | 三星 Exynos 5433（Note 4） |
| Mali-T860 | 1~2 | 28nm | 联发科 MT6755 |
| Mali-T880 | 1~16 | 16nm | 三星 Exynos 8890（S7） |
特点：首次支持 OpenCL 1.1/1.2 通用计算，引入 AFBC（帧缓冲压缩），三管线（T6xx/T7xx/T8xx）逐步成熟。
3.3 Bifrost 架构（2016~2020）🔥
Bifrost 是 Mali GPU 的第一次重大架构重构，从 Midgard 的 VLIW（超长指令字）转向标量/子句（Clause）执行模型，显著提升能效比。
Bifrost 按性能层级分为三档：
| 层级 | 型号 | 核心数 | 工艺 | 特点 |
|---|---|---|---|---|
| 入门 | G31 | 1~2 | 28/22nm | 超小面积，替代 Mali-450 |
| 中端 | G52 | 1~6 | 12/7nm | 双纹理管线，面积效率极高 |
| 中高端 | G51 | 1~6 | 16/14nm | G71 架构精简版 |
| 高端 | G71 | 4~32 | 16/10nm | 首代 Bifrost 旗舰 |
| 高端 | G72 | 4~32 | 10nm | G71 优化版，能效 +25% |
| 旗舰 | G76 | 4~20 | 7nm | 引入双纹理单元，性能翻倍 |
关键技术创新：
- 标量子句执行：取代 Midgard 的 VLIW，编译器更简单，实际利用率更高
- 基于 Warp 的调度：每个 Warp 8 线程，接近桌面 GPU 的 SIMT 模型
- Index-Driven Vertex Shading (IDVS)：减少顶点重复处理
- AFBC 1.2：无损帧缓冲压缩，节省带宽
Bifrost 是 Mali 架构现代化的转折点，至今仍有大量芯片使用（如 RK3568 的 G52）。
3.4 Valhall 架构（2019~至今）🔥
Valhall 是第二代标量架构，在 Bifrost 基础上大幅改进超标量执行引擎：
| 层级 | 型号 | 核心数 | 工艺 | 特点 |
|---|---|---|---|---|
| 入门 | G57（低端变体） | 1~2 | 28nm | 低端低功耗 |
| 中端 | G68 | 1~6 | 6nm | G78 精简版（仅 1 个 Shader Core） |
| 中高端 | G57 | 1~6 | 7nm | 首批 Valhall，被 Bifrost 版 G57 混淆 |
| 中高端 | G510 | 1~6 | 4nm | 2021年发布，对标 Adreno 620 |
| 高端 | G77 | 7~16 | 7nm | 相比 G76 性能 +40%，能效 +30% |
| 高端 | G78 | 7~24 | 5nm | G77 优化版，可堆更多核心 |
| 旗舰 | G610 | 1~7 | 8/4nm | RK3588 使用型号 ⭐ |
| 旗舰 | G710 | 7~16 | 4nm | 性能 +20%，支持光追 |
| 旗舰 | G715 | 7~16+ | 4nm | 首款支持 VRS 的 Mali GPU |
关键技术创新：
- 双倍超标量引擎：每个执行引擎从 Bifrost 的 1 条流水线提升到 2 条
- 融合乘加（FMA）优化：推理/图形负载效率大增
- ASW（Asynchronous Space Warp）：VR 场景帧合成加速
- Command Stream Frontend (CSF)：取代 Job Manager，更灵活的调度模型
- Variable Rate Shading (VRS)：G715 引入，分区域渲染节省算力
3.5 5th Gen 架构（2023~至今）
ARM 第五代 GPU 架构，首次推出 Immortalis 品牌，定位旗舰级支持硬件光线追踪。
| 型号 | 核心数 | 特点 |
|---|---|---|
| Immortalis-G720 | 10~16+ | 硬件光追，性能 +15%，带宽节省 40% |
| Mali-G720 | 6~10 | G720 无硬件光追版本 |
| Mali-G620 | 1~5 | 入门到中端的 5 代 GPU |
特点：延迟顶点着色（DVS）、硬件光线追踪管线、更大寄存器堆。
四、RK3568 与 RK3588 的 GPU
4.1 RK3568
| 项目 | 详情 |
|---|---|
| GPU 型号 | Mali-G52 MP2（2 个 Shader Core） |
| 架构 | Bifrost（第二款 Bifrost 中端系列） |
| 最大频率 | ~800 MHz |
| API 支持 | OpenGL ES 1.1/2.0/3.0/3.1/3.2、OpenCL 2.0、Vulkan 1.0/1.1 |
| 性能水平 | 约 40~50 GFLOPS（FP32），适用于 UI 渲染、简单 3D、多媒体播放 |
定位：主流嵌入式应用，安防、平板、广告机等场景。与 RK3288 的 Mali-T764 相比，G52 架构更先进但核心数较少，综合图形性能相近，能效更高。
4.2 RK3588
| 项目 | 详情 |
|---|---|
| GPU 型号 | Mali-G610 MP4（4 个 Shader Core） |
| 架构 | Valhall（第三代 Valhall 架构） |
| 最大频率 | ~850 MHz（可超频至 1GHz） |
| Shader Core 数 | 4 |
| 执行引擎/核 | 2 条（Valhall 双超标量） |
| API 支持 | OpenGL ES 1.1/2.0/3.0/3.1/3.2、OpenCL 2.1、Vulkan 1.1/1.2 |
| 性能水平 | 约 150~200 GFLOPS（FP32），接近入门级桌面 GPU |
定位：RK3588 的 GPU 目前是 Rockchip 平台最强 GPU，可胜任 4K UI 渲染、中轻度 3D 游戏、AI 推理辅助（通过 OpenCL）、多屏异显等场景。
4.3 架构对比总结
RK3568 RK3588
Mali-G52 (Bifrost) Mali-G610 (Valhall)
↓ 架构跃升 2 代 ↓
入门级 Bifrost 中端 →→→ 旗舰级 Valhall 高端
1 条执行流水线/核 2 条超标量执行引擎/核
2 Shader Core 4 Shader Core
OpenCL 2.0 OpenCL 2.1
Vulkan 1.1 Vulkan 1.2
五、补充：ARM GPU 命名规则
ARM Mali GPU 的命名规则经历了几次变化：
| 时期 | 命名格式 | 示例 |
|---|---|---|
| Utgard | Mali-数字 |
Mali-400 MP, Mali-450 |
| Midgard | Mali-T+数字 |
Mali-T860, Mali-T880 |
| Bifrost + | Mali-G+数字 |
Mali-G52, Mali-G610 |
| 5th Gen | Immortalis-G+数字 |
Immortalis-G720 |
- T 系列 = Triple Pipeline（三管线架构）
- G 系列 = Graphics（图形架构，不分管线代系）
- MP = Multi-Processor（多核心），如 “MP4” = 4 个 Shader Core
- Immortalis = 不死者（ARM 对旗舰带光追 GPU 的新品牌）
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