3D GPU 性能测试

测试原理

3D GPU 性能测试主要用于评估 GPU 在不同计算任务和渲染任务下的性能。针对 GPU 的不同应用场景，常见的测试可分为：

OpenGLES（渲染性能测试）：使用 glmark2 进行测试，评估 GPU 的图形渲染能力，如几何处理、纹理填充、着色器性能等。
OpenCL（计算性能测试）：使用 clpeak 进行测试，评估 GPU 在通用计算（ GPGPU）任务中的性能，如浮点计算、内存带宽、整数计算等。

测试准备工作

S100 开发板存放了 clpeak 的 patch 和 build 方法 , 可以 cd 到如下路径查看 :

cd /app/chip_base_test/10_gpu_3d_test/
ls clpeak
0001-feat-build-add-aarch64-toolchain-for-S100-cross-comp.patch  Readme.md

测试方法

渲染性能测试方法

apt install glmark2-es2-wayland -y 安装 glmark2 进行测试
连接显示器并进入桌面环境
- 在登录界面选择点击右下角的小齿轮，选择 GNOME 或 Ubuntu (Wayland)会话
- 程序通过 HDMI 输出到显示器，可以直观看到 3D GPU 的渲染效果
执行 glmark2-es2-wayland
打印如下结果：

=======================================================
	glmark2 2021.02
=======================================================
	OpenGL Information
	GL_VENDOR:     ARM
	GL_RENDERER:   Mali-G78AE
	GL_VERSION:    OpenGL ES 3.2 v1.r50p0-00eac0.5cc01fb93091eb33e0f41313c0fa19a5
=======================================================
[build] use-vbo=false: FPS: 2490 FrameTime: 0.402 ms
[build] use-vbo=true: FPS: 2403 FrameTime: 0.416 ms
[texture] texture-filter=nearest: FPS: 2882 FrameTime: 0.347 ms
[texture] texture-filter=linear: FPS: 2648 FrameTime: 0.378 ms
[texture] texture-filter=mipmap: FPS: 2704 FrameTime: 0.370 ms
[shading] shading=gouraud: FPS: 2218 FrameTime: 0.451 ms
[shading] shading=blinn-phong-inf: FPS: 2339 FrameTime: 0.428 ms
[shading] shading=phong: FPS: 2211 FrameTime: 0.452 ms
[shading] shading=cel: FPS: 2292 FrameTime: 0.436 ms
[bump] bump-render=high-poly: FPS: 1530 FrameTime: 0.654 ms
[bump] bump-render=normals: FPS: 3052 FrameTime: 0.328 ms
[bump] bump-render=height: FPS: 3011 FrameTime: 0.332 ms
[effect2d] kernel=0,1,0;1,-4,1;0,1,0;: FPS: 2187 FrameTime: 0.457 ms
[effect2d] kernel=1,1,1,1,1;1,1,1,1,1;1,1,1,1,1;: FPS: 826 FrameTime: 1.211 ms
[pulsar] light=false:quads=5:texture=false: FPS: 2928 FrameTime: 0.342 ms
[desktop] blur-radius=5:effect=blur:passes=1:separable=true:windows=4: FPS: 723 FrameTime: 1.383 ms
[desktop] effect=shadow:windows=4: FPS: 1914 FrameTime: 0.522 ms
[buffer] columns=200:interleave=false:update-dispersion=0.9:update-fraction=0.5:update-method=map: FPS: 711 FrameTime: 1.406 ms
[buffer] columns=200:interleave=false:update-dispersion=0.9:update-fraction=0.5:update-method=subdata: FPS: 684 FrameTime: 1.462 ms
[buffer] columns=200:interleave=true:update-dispersion=0.9:update-fraction=0.5:update-method=map: FPS: 947 FrameTime: 1.056 ms
[ideas] speed=duration: FPS: 1532 FrameTime: 0.653 ms
[jellyfish] <default>: FPS: 1360 FrameTime: 0.735 ms
[terrain] <default>: FPS: 128 FrameTime: 7.812 ms
[shadow] <default>: FPS: 1909 FrameTime: 0.524 ms
[refract] <default>: FPS: 328 FrameTime: 3.049 ms
[conditionals] fragment-steps=0:vertex-steps=0: FPS: 3037 FrameTime: 0.329 ms
[conditionals] fragment-steps=5:vertex-steps=0: FPS: 2837 FrameTime: 0.352 ms
[conditionals] fragment-steps=0:vertex-steps=5: FPS: 3015 FrameTime: 0.332 ms
[function] fragment-complexity=low:fragment-steps=5: FPS: 2964 FrameTime: 0.337 ms
[function] fragment-complexity=medium:fragment-steps=5: FPS: 2603 FrameTime: 0.384 ms
[loop] fragment-loop=false:fragment-steps=5:vertex-steps=5: FPS: 2922 FrameTime: 0.342 ms
[loop] fragment-steps=5:fragment-uniform=false:vertex-steps=5: FPS: 2921 FrameTime: 0.342 ms
[loop] fragment-steps=5:fragment-uniform=true:vertex-steps=5: FPS: 2819 FrameTime: 0.355 ms
=======================================================
								  glmark2 Score: 2093
=======================================================

计算性能测试方法

执行命令
```
cd clpeak
./clpeak
```

打印如下结果：

Platform: ARM Platform
Device: Mali-G78AE r0p1
	Driver version  : 3.0 (Linux ARM64)
	Compute units   : 2
	Clock frequency : 800 MHz

	Global memory bandwidth (GBPS)
	float   : 10.81
	float2  : 11.32
	float4  : 11.44
	float8  : 9.91
	float16 : 4.91

	Single-precision compute (GFLOPS)
	float   : 100.67
	float2  : 101.59
	float4  : 101.58
	float8  : 101.26
	float16 : 100.54

	Half-precision compute (GFLOPS)
	half   : 101.24
	half2  : 201.40
	half4  : 201.98
	half8  : 200.92
	half16 : 200.11

	No double precision support! Skipped

	Integer compute (GIOPS)
	int   : 25.53
	int2  : 25.53
	int4  : 25.53
	int8  : 25.53
	int16 : 25.54

	Integer compute Fast 24bit (GIOPS)
	int   : 25.52
	int2  : 25.53
	int4  : 25.54
	int8  : 25.53
	int16 : 25.53

	Integer char (8bit) compute (GIOPS)
	char   : 25.53
	char2  : 50.96
	char4  : 101.64
	char8  : 101.65
	char16 : 101.63

	Integer short (16bit) compute (GIOPS)
	short   : 25.53
	short2  : 50.97
	short4  : 50.98
	short8  : 50.99
	short16 : 50.96

	Transfer bandwidth (GBPS)
	enqueueWriteBuffer              : 13.01
	enqueueReadBuffer               : 13.02
	enqueueWriteBuffer non-blocking : 13.06
	enqueueReadBuffer non-blocking  : 13.04
	enqueueMapBuffer(for read)      : 21648.02
		memcpy from mapped ptr        : 13.06
	enqueueUnmap(after write)       : 31956.60
		memcpy to mapped ptr          : 12.89

	Kernel launch latency : 96.12 us

测试指标

渲染性能指标

测试结果中 FPS（帧率）数值越高，表示 GPU 在该测试场景下表现越好。下面逐行对测试结果进行分析：

一般渲染测试

测试项	FPS	说明
use-vbo=false	2490	不使用 VBO（顶点缓冲对象）时的性能
use-vbo=true	2403	启用 VBO，减少 CPU-GPU 交互，效率略高
texture-filter=nearest/linear/mipmap	2648~2882	各种纹理采样方式对性能影响极小，均可高效运行
shading=gouraud/phong/blinn-phong-inf/cel	2211~2339	着色器切换带来轻微性能差异
bump-render=high-poly/normals/height	1530~3052	法线贴图相关技术对性能表现差异显著

复杂计算测试

测试项	FPS	说明
effect2d（卷积核滤波）	2187 / 826	2D 图像处理中大卷积核计算对性能影响明显
desktop（窗口模糊/阴影）	723 / 1914	模糊与阴影效果对 GPU 负载差异较大
buffer（大规模数据更新）	684 / 711 / 947	数据更新策略会显著影响性能
ideas（粒子系统）	1532	动态粒子动画，表现良好
jellyfish（水母仿真）	1360	用于测试 GPU 动画及复杂形变性能
terrain（地形渲染）	128	地形复杂度高， FPS 下降
refract（折射）	328	折射光线模拟开销较大

计算型测试

测试项	FPS	说明
conditionals（分支计算）	2837~3037	GPU 对条件判断的处理效率很高
function（复杂度递增的片段计算）	2603~2964	越复杂的 shader 函数带来性能下降
loop（循环计算）	2819~2922	GPU 循环执行能力稳定强大

该分数在高分辨率场景下体现了 Mali-G78AE 在现代图形渲染任务中的较强能力，在 VBO、纹理采样、条件逻辑、循环计算等方面均表现出极高的 GPU 浮点运算与并行处理能力。

计算性能指标

内存带宽 (GBPS)

float   : 10.81
float2  : 11.32
float4  : 11.44
float8  : 9.91
float16 : 4.91

内存带宽随向量大小的增加先提升后降低， float4 具有最高的带宽性能。
总体内存带宽表现优异，适合大规模数据吞吐场景。

单精度计算性能 (GFLOPS)

float   : 100.67
float2  : 101.59
float4  : 101.58
float8  : 101.26
float16 : 100.54

单精度性能在各向量宽度下保持稳定，说明计算核心具备良好的 SIMD 并行能力。
超过 100 GFLOPS，计算能力远优于嵌入式 GPU 平均水平，适合通用图形和计算任务。

半精度计算性能 (GFLOPS)

half   : 101.24
half2  : 201.40
half4  : 201.98
half8  : 200.92
half16 : 200.11

半精度计算性能大幅高于单精度，half4 及以上均超过 200 GFLOPS。
非常适合 AI 推理、图像预处理等对吞吐要求高但精度要求低的应用。

整数计算性能 (GIOPS)

int   : 25.53
int2  : 25.53
int4  : 25.53
int8  : 25.53
int16 : 25.54

整数计算性能稳定,未随向量宽度扩展。
适合处理逻辑/加密/索引类运算。

字节型与短整型整数计算 (GIOPS)

char16 : 101.63
short16: 50.96

8-bit（char）整型性能达到峰值 101+ GIOPS，短整型（16-bit）性能接近 51 GIOPS。
GPU 在处理图像像素等 8-bit 数据时非常高效。

传输带宽 (GBPS)

enqueueWriteBuffer              : 13.01
enqueueReadBuffer               : 13.02
enqueueWriteBuffer non-blocking : 13.06
enqueueReadBuffer non-blocking  : 13.04
enqueueMapBuffer(for read)      : 21648.02
  memcpy from mapped ptr        : 13.06
enqueueUnmap(after write)       : 31956.60
  memcpy to mapped ptr          : 12.89

GPU 与主内存之间的带宽表现良好，读写均稳定在 13 GBPS。
建议充分利用非阻塞传输与 Map/Unmap 机制提高整体性能。

Kernel 启动延迟

Kernel launch latency : 96.12 us

Kernel 启动延迟较高，可能受驱动调度或 OpenCL 运行时影响。
对实时计算应用 ( 如计算机视觉 ) 可能造成性能瓶颈，建议减少 Kernel 调用次数。

常见问题

执行渲染性能测试时，执行失败

问题描述：错误日志如下

root@ubuntu:~#  glmark2-es2-wayland
Error: main: Could not initialize canvas

问题分析：没有找到合适的显示器的连机器
解决办法：接上 HDMI 显示器在桌面进行测试

测试原理​

测试准备工作​

测试方法​

渲染性能测试方法​

计算性能测试方法​

测试指标​

渲染性能指标​

一般渲染测试​

复杂计算测试​

计算型测试​

计算性能指标​

内存带宽 (GBPS)​

单精度计算性能 (GFLOPS)​

半精度计算性能 (GFLOPS)​

整数计算性能 (GIOPS)​

字节型与短整型整数计算 (GIOPS)​

传输带宽 (GBPS)​

Kernel 启动延迟​

常见问题​

测试原理

测试准备工作

测试方法

渲染性能测试方法

计算性能测试方法

测试指标

渲染性能指标

一般渲染测试

复杂计算测试

计算型测试

计算性能指标

内存带宽 (GBPS)

单精度计算性能 (GFLOPS)

半精度计算性能 (GFLOPS)

整数计算性能 (GIOPS)

字节型与短整型整数计算 (GIOPS)

传输带宽 (GBPS)

Kernel 启动延迟

常见问题