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Vulkan

跨平台的3D圖形與電腦程式介面

Vulkan是一个低开销、跨平台的二维、三维图形与计算的应用程式接口（API），[11]最早由科纳斯组织在2015年游戏开发者大会（GDC）上发表。[12][13]与OpenGL类似，Vulkan针对全平台即时3D图形程序（如电子游戏和交互媒体）而设计，并提供高性能与更均衡的CPU与GPU占用，这也是Direct3D 12和AMD的Mantle的目标。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]

Vulkan
开发者科纳斯组织，基于AMD的Mantle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
  • 1.3.302（2024年11月21日；稳定版本）[7]
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原始码库
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操作系统Android、Linux、Tizen、Microsoft Windows[8][9]
平台跨平台
类型3D图形与计算API[10]
许可协议
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网站www.khronos.org/vulkan/

科纳斯最先把Vulkan API称为“次世代OpenGL行动”（next generation OpenGL initiative）或“glNext”，但在正式宣布Vulkan之后这些名字就没有再使用了。[15]Vulkan基于Mantle构建，AMD将其Mantle API捐赠给科纳斯组织，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装置的显卡（OpenGL具有名为OpenGL ES的移动设备API子集，它仍是支持Vulkan装置的备选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[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]
  • 减少了驱动程式的开销与维护工作。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，应用程式加载速度更快，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，这使得驱动程式更容易维护，驱动程式包更小（目前GPU供应商仍需在驱动程式中提供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，由于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支持Close-To-Metal控制的独特能力可加快跨 Windows和 Linux的性能并且提高影像质量。现今无其他图形 API 提供如此强大的操作系统兼容性、成像功能和硬件效率组合[28] 。 例如，CPU中包含的集成GPU可与高端专用GPU结合使用，以略微提高性能。

Vulkan 1.1

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科纳斯在SIGGRAPH2016上宣布Vulkan将支持自动多GPU功能,类似于Direct3D 12所提供的功能[29] ,显示驱动程式不再需要处理多个GPU的使用,相反，两个或更多完全不同的GPU之间可以智慧地分配工作负载[30]。

科纳斯于2018年3月7日发布了Vulkan 1.1[31] 。它扩展了几个核心功能，包括子集操作，例如多视图、装置组、高级渲染和编辑操作程序跨流程API交互操作。这些核心功能还包括16位内存获取高级计算，HLSL内存分布支持，视频流的显示，处理和编程，通过许多视频编辑解码器生成的YCbcRr颜色格式化纹理的直接抽样。同时，它还带来了与DirectX 12的更好兼容性，显式支持多GPU，光线跟踪支持[32][33]，为下一代GPU奠定了基础。[34]

vulkan 1.2

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2020年1月15日，科纳斯组织发布了Vulkan 1.2，将23个已经通过验证的扩展集成到基本Vulkan标准中[35]，大部分用来帮助提升Vulkan与其他图形API之间的兼容层性能。

Vulkan 1.3

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2022年1月25日，科纳斯组织发布了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 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慧分配负载，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驱动程式，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 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

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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式，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式更新。

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，科纳斯组织的另一个图形API
  • OpenCL，科纳斯组织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

参考资料

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外部链接

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