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次世代图形接口Vulkan对行业的影响-OpenGL的问题与缺陷 by 张静@NVIDIA

发布者 firmware
发布于 1473726650754  浏览 1726 关键词 固件Firmware, 可视化 
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次世代图形接口 Vulkan 对行业 的影响

张静 GPU 架构师 @ NVIDIA



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README



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@ NVIDIA 上海 负责硬件部门的 OpenGL / Vulkan 性能分析工具

游戏行业经验 2K Games Ubisoft 微软 Xbox 部门

译者 OpenCV 2 计算机视觉编程手册 Processing 语言权威指南

联系方式 https://github.com/vinjn https://www.zhihu.com/people/vinjn vinjn.z@gmail.com 知乎专栏 / 微信订阅号:黑客与画家



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三个问题

Vulkan 是什么? Khronos 为什么重新造轮子? 什么项目需要用 Vulkan?



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Vulkan - 德语中的火山 - 不是福尔康



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Vulkan 是为今后 20 年准备的图形接口

是 OpenGL / ES 的替代者 现代、高效的设计 开放的工业标准 跨平台(除了苹果系统……)



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成立的背景

2012 年,Khronos 成立项目组重新设计 OpenGL,不了了之 2014 年,项目提升至最高优先级,重启为 GL Next 2015 年 GDC,首次对外公开项目细节 2016 年 GDC,发布 1.0

得到硬件厂商支持 得到游戏厂商支持 得到工具厂商支持



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新面孔:Google, Nintendo, PIXAR, Oculus VR, Valve, EA, Blizzard



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The Talos Principle



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Dota2



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Doom



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OGL 出了什么问 题?



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问题 一:OpenGL 编程模型与 GPU 硬件不 一致



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OpenGL 被发明于 25 年前,用于昂贵的图形工作站中。



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近年来移动 GPU 的兴起,多核 CPU 也成为常态,而 OpenGL 还是 没变。



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GPU 甚至被用于图形以外的领域,无人机、计算机视觉、汽车、深 度学习等,OpenGL 无能为力。



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解决方法:Vulkan 使用接近硬件的编程模型



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问题 二:驱动工作量过大,行为难以预测



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原因在于

OpenGL 开发者 在任意时间提供重要信息 在任意时间改变这些信息 对 GPU 不友好

OpenGL 驱动 会延迟工作,将工作转移给另一个线程 甚至基于猜测,无视开发者的命令 为了满足灵活性,增加大量的状态检验 跟踪资源之间的依赖



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解决方法

开发者通过 Vulkan 实现对硬件的直接控制 在合适的时间 告诉驱动打算做什么 提供足够的细节

Vulkan 驱动会 在你让它工作时 做该做的事情 不做猜测,猜测 = 浪费



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举例:OpenGL 的状态机被 PSO 取代



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OpenGL 中的状态改变是全局的,在 Vulkan 中被 Pipeline State Object(PSO)替代

强迫你提前准备渲染的状态 你的工作量上去了 驱动的工作量降低了,更好优化、更快 OpenGL

// 可随时随地修改渲染状态

glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE/GL_FILL);

Vulkan

// 预先创建两个 PSO 对象

vkCreateGraphicsPipelines(...&pipelineCreateInfo, ..., &pipelines.solid); rasterizationState.polygonMode = VK_POLYGON_MODE_LINE;

之后方可通过 来设置渲染状态vkCreateGraphicsPipelines(...&pipelineCreateInfo, ..., &pipelines.wireFrame);

// PSO vkBeginCommandBuffer(); vkCmdBindPipeline(...&pipelines.active...); vkEndCommandBuffer();



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问题 三: OpenGL 对多线程不友好

需要创建 GL Context Context 需要和线程绑定 无法高效利用多核 CPU



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解决方法:Queue, Command Buffer

所有对象对任何线程都可见,没有 Thread-local storage(TLS) 比如:Command Buffer 的录制可以在任意线程进行,不需要绑定 Context

多线程的对象同步成为开发者的职责 三种 Queue

General,默认 Compute,异步 计算 DMA, 异步 copy



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Vulkan 对特定应用的优化

支持 Compute Shader,可以进行计算机视觉运算 支持异步计算 (Async Compute),充分榨干 GPU 性能 Android N 引入 Daydream 和 Vulkan,标志着 Vulkan 将应用在 安卓 VR 中



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省电,CPU 端工作量减少

驱动工作量减少 减少错误检查 -> 不做任何错误检查 减少资源跟踪 -> 开发者的职责 驱动得到极度优化

多线程,充分利用 CPU 时间



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稳定的帧率、可预测的性能,确保流畅的 VR 体验

多线程的引入使得同屏 drawcall 更多 复用 command buffer 驱动不会猜测你的行为



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是否需要用 Vulkan?



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挑战

复杂的编程方式 容易伤到自己 需要重新学习知识



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并不是所有 OpenGL 应用都需要转成 Vulkan!



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机遇

通过让开发者做更多工作,让硬件做更多工作 可以通过多线程进一步降低 可预测的性能 对移动端友好 可以参与到开放的社区中



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现实

生态圈还不如 OpenGL 成熟 短时间内依然需要发布 GL / DX 版本 行业趋势

Apple - Metal Android - Vulkan Windows - DirectX 12 传统应用 - OpenGL



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Vulkan vs OpenGL / ES



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Vulkan vs DirectX12 vs Metal



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Thanks



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微信公众号“黑客与画家” 关注游戏开发、计算机视觉、图形学、虚拟现实等。

https://github.com/vinjn/slides



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