Vulkan

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Vulkan
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開發者科納斯組織，基于AMD的Mantle开发[1][2][3][4][5]
首次发布2016年2月16日，​10年前​（2016-02-16）[6]
当前版本
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    源代码库
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    引擎
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      操作系统Android、Linux、Tizen、Microsoft Windows[7][8]
      平台跨平台
      类型3D图形与计算API[9]
      许可协议
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        网站www.vulkan.org

        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），[10]最早由科納斯組織在2015年游戏开发者大会（GDC）上發表。[11][12]与OpenGL类似，Vulkan針對全平台即時3D图形程式（如電子遊戲和交互媒体）而設計，并提供高效能与更均衡的CPU与GPU占用，這也是Direct3D 12和AMD的Mantle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。[13]

        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。[14]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][9][15][16][17][18][19]

        特性[编辑]

        File:Division of labor cpu and gpu.svg
        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。[20]

        以下是Vulkan相对于上一代API的优势：[21]

        • 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 7、Windows 8、Windows 10、Tizen、Linux与Android上运行（iOS和macOS有第三方支持[22]）。
        • 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。[20][23]
        • 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。[24]
        • 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Direct3D的HLSL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）。[25]
        • 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。[26] 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[27] 。 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[编辑]

        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[28] ,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[29]。

        科納斯於2018年3月7日發布了Vulkan 1.1[30] 。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[31][32]，為下一代GPU奠定了基礎。[33]

        vulkan 1.2[编辑]

        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[34]，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[编辑]

        2022年1月25日，科納斯組織发布了Vulkan 1.3。[35] 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。

        Vulkan 1.4[编辑]

        2024年12月3日，科納斯組織发布Vulkan 1.4。[36]

        计划中的功能[编辑]

        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 SLI或AMD 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[编辑]

        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。[9]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[编辑]

        电子游戏[编辑]

        游戏引擎[编辑]

        开发工具[编辑]

        操作系统组件[编辑]

        Vulkan视窗系统接口（Window System Interface，WSI）的作用类似于OpenGL ES的EGL（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[编辑]

        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。[22]

        参见[编辑]

        • 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[编辑]

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        外部链接[编辑]

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