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Vulkan

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Vulkan
開發者科納斯組織,基于AMDMantle开发[1][2][3][4][5]
首次发布2016年2月16日,​8年前​(2016-02-16[6]
当前版本
  • 1.4.303(2024年12月2日;穩定版本)[7]
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源代码库 編輯維基數據鏈接
操作系统AndroidLinuxTizenMicrosoft Windows[8][9]
平台跨平台
类型3D图形与计算API[10]
许可协议 編輯維基數據鏈接
网站www.khronos.org/vulkan/

Vulkan是一個低开销、跨平台的二维、三维图形与计算的應用程式接口(API),[11]最早由科納斯組織在2015年游戏开发者大会(GDC)上發表。[12][13]OpenGL类似,Vulkan針對全平台即時3D图形程式(如電子遊戲交互媒体)而設計,并提供高效能与更均衡的CPUGPU占用,這也是Direct3D 12和AMDMantle的目標。与Direct3D(12版之前)和OpenGL的其他主要区别是,Vulkan是一个底层API,而且能执行并行任务。除此之外,Vulkan还能更好地分配多个CPU核心的使用。[14]

科納斯最先把Vulkan API稱為「次世代OpenGL行動」(next generation OpenGL initiative)或「glNext」,但在正式宣佈Vulkan之後這些名字就沒有再使用了。[15]Vulkan基于Mantle构建,AMD将其Mantle API捐赠给科納斯組織,给予该组织开发底层API的基础,使其像OpenGL一样成为行业标准。[3][10][16][17][18][19][20]

特性

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OpenGL与Vulkan都是图形渲染API,GPU处理着色器,而CPU执行其他任务。

Vulkan旨在提供更低的CPU开销与更直接的GPU控制,其理念大致与Direct3D 12和Mantle类似。[21]

以下是Vulkan相对于上一代API的优势:[22]

  • Vulkan API适用于从高性能电脑到移动低功耗设备的显示卡(OpenGL具有名为OpenGL ES的移动设备API子集,它仍是支持Vulkan设备的备选API)。
  • 相比于Direct3D 12,Vulkan与前身OpenGL类似,受多种操作系统支持。Vulkan已经能在Windows 7Windows 8Windows 10TizenLinuxAndroid上运行(iOSmacOS有第三方支持[23])。
  • 通过批量处理(Batching)减少CPU负载,使CPU可以执行更多其他的计算或渲染任务。[21][24]
  • 在多核心CPU上,Vulkan能对核心与线程进行优化。Direct3D 11与OpenGL 4最初为单核心CPU设计,尽管后来出现了针对多核心CPU优化的扩展,不过与Vulkan相比,优化仍不是很好。[25]
  • 减少了驱动程序的开销与维护工作。OpenGL使用高级着色语言GLSL编写着色器,不同的驱动在程序运行时需要执行自身的GLSL编译器,将程序的着色器转换为GPU可执行的机器代码。而Vulkan驱动将着色器语言预先转化为SPIR-V英语Standard Portable Intermediate Representation(Standard Portable Intermediate Representation)的中间二进制格式,其行为类似于Direct3DHLSL着色器。通过着色器预编译,应用程序加载速度更快,并且3D场景可以使用更多种着色器。Vulkan驱动只需对GPU进行优化并生成代码,这使得驱动程序更容易维护,驱动程序包更小(目前GPU供应商仍需在驱动程序中提供OpenGL与OpenCL的支持)。[26]
  • 计算与图形处理的统一管理,因此Vulkan无需与单独的计算API配合使用。

英伟达在2016年时指出,由於OpenGL的复杂度和维护难度比Vulkan低很多,在多数情况下也能提供理想的整体性能,现阶段OpenGL仍是个很好的选择。[27] AMD表示, Vulkan支援Close-To-Metal控制的獨特能力可加快跨 Windows和 Linux的效能並且提高影像品質。現今無其他圖形 API 提供如此強大的作業系統相容性、成像功能和硬體效率組合[28] 。 例如,CPU中包含的集成GPU可與高端專用GPU結合使用,以略微提高性能。

Vulkan 1.1

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科納斯在SIGGRAPH2016上宣布Vulkan將支持自動多GPU功能,類似於Direct3D 12所提供的功能[29] ,顯示驅動程序不再需要處理多個GPU的使用,相反,兩個或更多完全不同的GPU之間可以智能地分配工作負載[30]

科納斯於2018年3月7日發布了Vulkan 1.1[31] 。它擴展了幾個核心功能,包括子集操作,例如多視圖、設備組、高級渲染和編輯操作程序跨流程API交互操作。這些核心功能還包括16位內存獲取高級計算,HLSL內存分佈支持,視頻流的顯示,處理和編程,通過許多視頻編輯解碼器生成的YCbcRr顏色格式化紋理的直接抽樣。同時,它還帶來了與DirectX 12的更好兼容性,顯式支持多GPU,光線跟踪支持[32][33],為下一代GPU奠定了基礎。[34]

vulkan 1.2

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2020年1月15日,科納斯組織發布了Vulkan 1.2,將23個已經通過驗證的擴展集成到基本Vulkan標準中[35],大部份用來幫助提升Vulkan與其他圖形API之間的兼容層性能。

Vulkan 1.3

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2022年1月25日,科納斯組織发布了Vulkan 1.3。[36] 这次更新将另外23个常用的成熟的Vulkan扩展集成到基本的Vulkan标准中。

计划中的功能

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科纳斯在SIGGRAPH 2016上宣布,Vulkan将提供类似于Direct3D 12的多卡互联功能。[37]通过Vulkan,不同型号的显卡也能协同工作,而无需NVIDIA SLIAMD Crossfire的支持。Vulkan多卡互联功能允许API在多个不同的显卡之间智能分配负载,例如,CPU上的集成显卡与高端独立显卡协同工作,能够略微提升显示性能。[38]

在2017年5月发行OpenCL 2.2之时,Khronos Group宣布OpenCL将尽可能的汇合于Vulkan,以确使OpenCL软件在这两种API上灵活部署[39][40]。这已经由Adobe的Premiere Rush展示出来,它使用clspv开源编译器[41],编译了大量OpenCL C内核代码,从而在部署于Android的Vulkan运行时系统上运行[42]

历史

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2014年6月,科纳斯组织开始了“次世代OpenGL”图形API的计划,并在Valve公司举行项目启动会议。[43]在SIGGRAPH 2014上,项目公之于世。[10]2015年2月19日,Vulkan的商标在美国专利及商标局提交。[44]

2015年早些时候,LunarG英语LunarG(由Valve资助)开发并展示了一款支持Vulkan API的Intel HD Graphics 4000系列Linux驱动程序,不过当时的Mesa开源驱动并不完全兼容OpenGL 4.0。[45][46]

2016年2月16日,科纳斯组织发布了Vulkan 1.0版规范与开源软件开发工具包(SDK)。[6]

支持Vulkan的软件

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电子游戏

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游戏引擎

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开发工具

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操作系统组件

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Vulkan视窗系统接口(Window System Interface,WSI)的作用类似于OpenGL ESEGL英语EGL[74]EGL能使OpenGL ES程序跟原生视窗系统相通,并控制上下文管理英语Context management缓冲器绑定与渲染同步等。

兼容性

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初版Vulkan规范指出,Vulkan能在支持OpenGL ES 3.1或OpenGL 4.x及更高版本的显卡上运行。[75]但Vulkan API本身依赖于新版显卡驱动程序,而且并非所有符合Vulkan规范的显卡都能收到厂商提供的驱动程序更新。

2016年8月22日,Google发布的Android Nougat(Android 7.x)提供对Vulkan的支持。[76]

苹果公司没有对iOS和macOS提供官方Vulkan支持,而Molten公司开发的MoltenVK运行于苹果Metal API,提供Vulkan第三方支持。[23]

参见

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  • OpenGL,科納斯組織的另一个图形API
  • OpenCL,科納斯組織的一个异构计算框架
  • Mantle,AMD的底层图形与计算API,Vulkan的前身
  • Direct3D,Windows和Xbox专有的图形API
  • Metal,iOS和macOS的一个底层图形与计算API

參考資料

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外部链接

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