[发明专利]兼具渲染功能的图形存储器

说明书

本发明提出一种兼具渲染功能的图形存储器。它含有多个储算单元，每个储算单元都含有一本地渲染电路和至少一三维存储（3D‑M）阵列。本地渲染电路形成在衬底中并实现至少部分渲染操作，3D‑M阵列堆叠在本地渲染电路上方并存储至少部分模型数据，它们之间通过层间连接通道孔实现储算连接。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，更确切地说，涉及兼具渲染功能的图形存储器。

背景技术

计算机图形（computer graphics）利用计算机产生图形，它广泛应用于计算机辅助设计、计算机辅助教学、计算机动画、管理和办公自动化、国土信息和自然资源显示与绘制、科学计算可视化、视频游戏（包括网游、手游）、虚拟现实（包括增强现实）等领域。计算机图形包括二维计算机图形和三维计算机图形。二维计算机图形采用物体的二维模型，而三维计算机图形采用物体的三维模型。三维模型是三维物体的一种数学表示，技术上来说，它并不是一种可显示的二维图形。

渲染是计算机图形的最后一道工序，它将二维或三维模型转换为可显示的图形。模型含有一个虚拟场景的几何、纹理、光照和着色等信息。在渲染过程中，模型数据被传输到一个图形处理器中，通过一个渲染程序的处理，输出到一个数码图形文件中。图形处理器是一种专门为复杂渲染计算设计的处理器。渲染包含多种渲染效果，包括着色（shading）、纹理填充（texture mapping）、凸凹填充（bump mapping）、雾化（fogging）、阴影（shadow）、透明度（transparency）、透澈度（translucency）、折射（refraction）、衍射（diffraction）、景深（depth of field）、动态模糊（motion blur）等。

为了获得较高的逼真度，线下渲染（如电影制作）需要大量的存储和计算资源。比如说，电影“阿凡达”的一些镜头含有50-500亿个多边形。虽然阿凡达使用的渲染集群(render farm)使用了4352台电脑（包括34816个处理器核、104TB内存和3PB外存），阿凡达仍花了四年时间才完成渲染。漫长的渲染时间部分是由冯·诺依曼架构造成的。在冯·诺依曼架构中，存储器和处理器是分离的，模型首先要从图形存储器中读出，再送到图形处理器中处理。图形存储器和图形处理器之间较少的系统总线数目及较低的带宽限制了渲染速度。规模宏大的渲染集群和漫长的渲染时间使高质量计算机图形的制作成本极其昂贵。另一方面，对于实时渲染（如视频游戏、模拟现实）来说，低效的渲染导致图形逼真度低。因此，实时计算机图形的图形质量一般较差。

发明内容

本发明的主要目的是提高计算机图形的渲染效率。

本发明的另一目的是提高渲染速度。

本发明的另一目的是降低渲染成本。

本发明的另一目的是减少线下渲染的时间。

本发明的另一目的是提高实时渲染的图形质量。

为了实现这些以及别的目的，本发明提出一种兼具渲染功能的图形存储器。与传统存储器相比，传统存储没有“智能”，而本发明中的图形存储器具有“智能”，即兼具渲染功能：除了存储模型外，该图形存储器还能至少部分地渲染该模型。

该图形存储器含有至少一三维存储器（three-dimensional memory，简称为3D-M）芯片。每个3D-M芯片含有多个存储处理单元（简称为储算单元）。每个储算单元含有一形成在衬底中的本地渲染电路和至少一堆叠在本地渲染电路上方的3D-M阵列。3D-M阵列存储模型数据，本地渲染电路实现至少部分渲染操作。由于兼具渲染功能，本发明中的3D-M被称为3D-M_RC。