Metal (API)

Metal（メタル）はAppleのオペレーティングシステム上でサポートされる、オーバーヘッドの小さいローレベル（low level）なコンピュータグラフィックスAPIである。Metalでは、OpenGLとOpenCLに似た機能を一つのAPIに統合している。Metalはクロノス・グループによるVulkanや、マイクロソフトによるWindows向けのDirect3D 12といった、他のプラットフォームにおける類似のAPIによるパフォーマンス上の利点をmacOS／iPadOS／iOSにもたらしている。

Metal

開発元	Apple
初版	2014年6月 (10年前) (2014-06)
最新版	3 / 2019年6月 (5年前) (2019-06)
プログラミング 言語	シェーディング言語: C++14, ランタイム/API: Objective-C
対応OS	macOS, iOS, iPadOS, visionOS, tvOS
種別	3Dグラフィックス・演算用API
ライセンス	プロプライエタリ
公式サイト	developer.apple.com/jp/metal/

MetalはC++11をベースとした新しいシェーディング言語、Metal Shading Language（MSL）を利用する。これはClangとLLVMによって実装されている^[1]。Metalはコンピュートシェーダーを導入することでGPGPUプログラミングのしやすさも向上している^{[注 1]}。

macOS Ventura, iOS/iPadOS 16のMetal 3では、MetalFX Upscalingという超解像度技術を実装している^[2]。

macOS Sonomaでは、Xcode 15向けThe Game Porting Toolkit^[3]のMetal shader converter^[4]で、Windows向けゲームを移植する際、DirectX 12からMetal 3へ変換できる^[5]。

対応環境

2023年現在、Metal 3での動作条件は、Apple A13 Bionic以上を搭載したiPhone 11/SE (第2世代)以降とiPad (第9世代)以降、AppleシリコンまたはIntel UHD Graphics 630以降のGPUを搭載したMacが必須となっている^[6]。対応OSは、macOS Ventura, iOS 16, iPadOS 16以降である^[6]。

初期のMetalはApple A7以降を搭載したiOS機器、およびOS X El Capitan以降が動作する一部のMacコンピュータで利用可能であった。OS X El Capitanに対応しているMacであっても、Metalに対応しているとは限らない。

2017年10月時点でのMetal及びMetal2対応Macコンピュータは以下の通り^[7]。

• iMac（Late 2012 以降）
• MacBook（Early 2015 以降）
• MacBook Pro（Mid 2012 以降）
• MacBook Air（Mid 2012 以降）
• Mac mini（Late 2012 以降）
• Mac Pro（Late 2013 以降）
• Mac Pro（Mid 2010 以降）でMetalをサポートするGPU（Nvidia Kepler以降、ATI Graphics Core Next以降）を搭載したもの

MetalはWWDC 2014にて発表され、iOS 8で初めて導入された^[8]。

macOSでのMetalのサポート（Metal for Mac）はWWDC 2015において発表された。

パフォーマンス

Metalの登場以前は、macOSにはOpenGLが、そしてiOSにはOpenGL ESがそれぞれ提供されていたが、いずれも高度にハードウェアが抽象化されていることから性能上のオーバーヘッドが大きい。Metalは以下のような理由から、OpenGLよりも優れたパフォーマンスを期待できる^[9]。

• シェーダーの事前コンパイルおよび最適化や、前もって実行されるステートの結合と評価（Validation）
• GPUとCPUの明確な同期
• GPUとCPUで共有されるメモリ空間
• より小さくなったドライバのオーバーヘッド

これらのうちいくつかは、GPUでコマンドを実行するために必要になるCPUのタスクを低減する。そのため、他の仕事のためにCPUを使えるようになり、全般的なパフォーマンスの向上につながる。