Vulkan
跨平台的3D圖形與電腦程式介面 来自维基百科，自由的百科全书
Vulkan是一個低開銷、跨平台的二維、三維圖形與計算的應用程式接口（API），[11]最早由科納斯組織在2015年遊戲開發者大會（GDC）上發表。[12][13]與OpenGL類似，Vulkan針對全平台即時3D圖形程式（如電子遊戲和交互媒體）而設計，並提供高效能與更均衡的CPU與GPU占用，這也是Direct3D 12和AMD的Mantle的目標。與Direct3D（12版之前）和OpenGL的其他主要區別是，Vulkan是一個底層API，而且能執行並行任務。除此之外，Vulkan還能更好地分配多個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基於Mantle構建，AMD將其Mantle API捐贈給科納斯組織，給予該組織開發底層API的基礎，使其像OpenGL一樣成為行業標準。[3][10][16][17][18][19][20]
特性
Vulkan旨在提供更低的CPU開銷與更直接的GPU控制，其理念大致與Direct3D 12和Mantle類似。[21]
以下是Vulkan相對於上一代API的優勢：[22]
- Vulkan API適用於從高性能電腦到移動低功耗設備的顯示卡（OpenGL具有名為OpenGL ES的移動設備API子集，它仍是支持Vulkan設備的備選API）。
- 相比於Direct3D 12，Vulkan與前身OpenGL類似，受多種操作系統支持。Vulkan已經能在Windows 7、Windows 8、Windows 10、Tizen、Linux與Android上運行（iOS和macOS有第三方支持[23]）。
- 通過批量處理（Batching）減少CPU負載，使CPU可以執行更多其他的計算或渲染任務。[21][24]
- 在多核心CPU上，Vulkan能對核心與線程進行優化。Direct3D 11與OpenGL 4最初為單核心CPU設計，儘管後來出現了針對多核心CPU優化的擴展，不過與Vulkan相比，優化仍不是很好。[25]
- 減少了驅動程序的開銷與維護工作。OpenGL使用高級着色語言GLSL編寫着色器，不同的驅動在程序運行時需要執行自身的GLSL編譯器，將程序的着色器轉換為GPU可執行的機器代碼。而Vulkan驅動將着色器語言預先轉化為SPIR-V（Standard Portable Intermediate Representation）的中間二進制格式，其行為類似於Direct3D的HLSL着色器。通過着色器預編譯，應用程序加載速度更快，並且3D場景可以使用更多種着色器。Vulkan驅動只需對GPU進行優化並生成代碼，這使得驅動程序更容易維護，驅動程序包更小（目前GPU供應商仍需在驅動程序中提供OpenGL與OpenCL的支持）。[26]
- 計算與圖形處理的統一管理，因此Vulkan無需與單獨的計算API配合使用。
英偉達在2016年時指出，由於OpenGL的複雜度和維護難度比Vulkan低很多，在多數情況下也能提供理想的整體性能，現階段OpenGL仍是個很好的選擇。[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。
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，光線跟蹤支持[32][33]，為下一代GPU奠定了基礎。[34]
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。
2022年1月25日，科納斯組織發布了Vulkan 1.3。[36] 這次更新將另外23個常用的成熟的Vulkan擴展集成到基本的Vulkan標準中。
科納斯在SIGGRAPH 2016上宣布，Vulkan將提供類似於Direct3D 12的多卡互聯功能。[37]通過Vulkan，不同型號的顯卡也能協同工作，而無需NVIDIA SLI或AMD Crossfire的支持。Vulkan多卡互聯功能允許API在多個不同的顯卡之間智能分配負載，例如，CPU上的集成顯卡與高端獨立顯卡協同工作，能夠略微提升顯示性能。[38]
在2017年5月發行OpenCL 2.2之時，Khronos Group宣布OpenCL將儘可能的匯合於Vulkan，以確使OpenCL軟件在這兩種API上靈活部署[39][40]。這已經由Adobe的Premiere Rush展示出來，它使用clspv開源編譯器[41]，編譯了大量OpenCL C內核代碼，從而在部署於Android的Vulkan運行時系統上運行[42]。
歷史
2014年6月，科納斯組織開始了「次世代OpenGL」圖形API的計劃，並在Valve公司舉行項目啟動會議。[43]在SIGGRAPH 2014上，項目公之於世。[10]2015年2月19日，Vulkan的商標在美國專利及商標局提交。[44]
2015年早些時候，LunarG（由Valve資助）開發並展示了一款支持Vulkan API的Intel HD Graphics 4000系列Linux驅動程序，不過當時的Mesa開源驅動並不完全兼容OpenGL 4.0。[45][46]
支持Vulkan的軟件
- 《塔洛斯法則》——首個支持Vulkan渲染的遊戲[47]
- 《Dota 2》——2016年5月開始支持[48]
- 《毀滅戰士》——2016年7月開始支持[49]
- 《虹彩六號:圍攻行動》——PC公開測試中[50]
- vkQuake——《雷神之錘》的Vulkan移植版，於2016年7月發布[51][52]
- World War Z——《末日之戰》電影改編遊戲。由Epic Games出品。
- Red Dead Redemption 2——《碧血狂殺2》。由Rockstar Games出品。
- X-Plane（飛行模擬軟體）——由Laminar Research推出。從X-Plane 11開始支援，X-Plane 12作為默認渲染方式
- Source 2——2015年3月由Valve公司發布[53][54]
- Serious Engine 4——2016年2月，Croteam宣布支持Vulkan API[55]
- 虛幻引擎4——2016年2月Epic Games在三星Galaxy S7 Unpack發布會上聲明提供Vulkan支持[56][57]
- Torque 3D——2016年4月，開發者社區宣稱將提供Vulkan支持[58][59]
- id Tech 3引擎——在2017年5月增加了對Vulkan的非正式支持[60]
- id Tech 4引擎——在2017年8月添加了非官方的Vulkan支持[61]
- id Tech 6——2016年5月id Software宣布運行於id Tech 6引擎的《毀滅戰士》將支持Vulkan[62]
- id Tech 7——僅在PC上使用Vulkan
- Abyss Engine——2017年5月Deep Silver在Android上發佈了基於vulkan的浴火銀河3
- Banshee 3D——支持Vulkan的免費開放源代碼跨平台遊戲引擎
- CryEngine——Crytek計劃提供支持[63]
- Xenko——2016年7月加入支持[64]
- Intrinsic——在GitHub上託管的開源跨平台遊戲引擎[65]
- Unity——2016年12月，Unity Technologies表示其Unity遊戲引擎5.6版將支持Vulkan API；[66]2017年3月，Unity 5.6提供正式支持[67]
- Roblox——自2017年3月起，Roblox支持Vulkan渲染
- Rockstar高級遊戲引擎——除DirectX12外，還完全支持Vulkan
- Godot——在2018年2月下旬，開發人員宣布將把重點改為使用OpenGL ES 2和Vulkan的組合。[68]
- Flax Engine——於2019年4月添加Vulkan支持[69]
- Apex Game Engine(來自雪崩工作室)——狂怒煉獄2改用Vulkan進行渲染[70]
- Messiah Game Engine——網易與高通合作，針對Vulkan優化[71]
Vulkan視窗系統接口（Window System Interface，WSI）的作用類似於OpenGL ES的EGL。[74]EGL能使OpenGL ES程序跟原生視窗系統相通，並控制上下文管理、緩衝器綁定與渲染同步等。
兼容性
初版Vulkan規範指出，Vulkan能在支持OpenGL ES 3.1或OpenGL 4.x及更高版本的顯卡上運行。[75]但Vulkan API本身依賴於新版顯卡驅動程序，而且並非所有符合Vulkan規範的顯卡都能收到廠商提供的驅動程序更新。
2016年8月22日，Google發布的Android Nougat（Android 7.x）提供對Vulkan的支持。[76]
蘋果公司沒有對iOS和macOS提供官方Vulkan支持，而Molten公司開發的MoltenVK運行於蘋果Metal API，提供Vulkan第三方支持。[23]
參見
參考資料
外部連結
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