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Vulkan

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Vulkan
開發者科納斯組織，基於AMD的Mantle開發[1][2][3][4][5]
首次發布2016年2月16日，​8年前​（2016-02-16）[6]
目前版本
  • 1.3.301（2024年11月2日；穩定版本）[7]
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原始碼庫
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作業系統Android、Linux、Tizen、Microsoft Windows[8][9]
平台跨平台
類型3D圖形與計算API[10]
許可協定
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網站www.khronos.org/vulkan/

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介面（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（如電子遊戲和互動媒體）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，而且能執行並列任務。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

OpenGL與Vulkan都是圖形彩現API，GPU處理著色器，而CPU執行其他任務。

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適用於從高效能電腦到移動低功耗裝置的顯示卡（OpenGL具有名為OpenGL ES的行動裝置API子集，它仍是支援Vulkan裝置的備選API）。
  • 相比於Direct3D 12，Vulkan與前身OpenGL類似，受多種作業系統支援。Vulkan已經能在Windows 7、Windows 8、Windows 10、Tizen、Linux與Android上執行（iOS和macOS有第三方支援[23]）。
  • 通過批次處理（Batching）減少CPU負載，使CPU可以執行更多其他的計算或彩現任務。[21][24]
  • 在多核心CPU上，Vulkan能對核心與執行緒進行最佳化。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最佳化的擴充，不過與Vulkan相比，最佳化仍不是很好。[25]
  • 減少了驅動程式的開銷與維護工作。OpenGL使用進階著色語言GLSL編寫著色器，不同的驅動在程式執行時需要執行自身的GLSL編譯器，將程式的著色器轉換為GPU可執行的機器碼。而Vulkan驅動將著色器語言預先轉化為SPIR-V（英語：Standard Portable Intermediate Representation）（Standard Portable Intermediate Representation）的中間二進制格式，其行為類似於Direct3D的HLSL著色器。通過著色器預編譯，應用程式載入速度更快，並且3D場景可以使用更多種著色器。Vulkan驅動只需對GPU進行最佳化並生成代碼，這使得驅動程式更容易維護，驅動程式包更小（目前GPU供應商仍需在驅動程式中提供OpenGL與OpenCL的支援）。[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。

輝達在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效能，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中包含的整合GPU可與高端專用GPU結合使用，以略微提高效能。

Vulkan 1.1

科納斯在SIGGRAPH2016上宣布Vulkan將支援自動多GPU功能,類似於Direct3D 12所提供的功能[29] ,顯示驅動程式不再需要處理多個GPU的使用,相反，兩個或更多完全不同的GPU之間可以智慧型地分配工作負載[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、裝置組、高級彩現和編輯操作程式跨流程API互動操作。這些核心功能還包括16位元主記憶體獲取高級計算，HLSL主記憶體分佈支援，影片流的顯示，處理和編程，通過許多影片編輯解碼器生成的YCbcRr顏色格式化紋理的直接抽樣。同時，它還帶來了與DirectX 12的更好相容性，顯式支援多GPU，光線跟蹤支援[32][33]，為下一代GPU奠定了基礎。[34]

vulkan 1.2

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整合到基本Vulkan標準中[35]，大部份用來幫助提升Vulkan與其他圖形API之間的相容層效能。

Vulkan 1.3

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擴充整合到基本的Vulkan標準中。

計劃中的功能

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，不同型號的顯示卡也能協同工作，而無需NVIDIA SLI或AMD Crossfire的支援。Vulkan多卡互聯功能允許API在多個不同的顯示卡之間智慧型分配負載，例如，CPU上的整合顯示卡與高端獨立顯示卡協同工作，能夠略微提升顯示效能。[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軟體在這兩種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核心代碼，從而在部署於Android的Vulkan執行時系統上執行[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公司舉行專案啟動會議。[43]在SIGGRAPH 2014上，專案公之於世。[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（英語：LunarG）（由Valve資助）開發並展示了一款支援Vulkan API的Intel HD Graphics 4000系列Linux驅動程式，不過當時的Mesa開源驅動並不完全相容OpenGL 4.0。[45][46]

2016年2月16日，科納斯組織發布了Vulkan 1.0版規範與開源軟體開發套件（SDK）。[6]

支援Vulkan的軟體

電子遊戲

遊戲引擎

開發工具

作業系統組件

Vulkan視窗系統介面（Window System Interface，WSI）的作用類似於OpenGL ES的EGL（英語：EGL）。[74]EGL能使OpenGL ES程式跟原生視窗系統相通，並控制上下文管理（英語：Context management）、緩衝區繫結與彩現同步等。

相容性

初版Vulkan規範指出，Vulkan能在支援OpenGL ES 3.1或OpenGL 4.x及更高版本的顯示卡上執行。[75]但Vulkan API本身依賴於新版顯示卡驅動程式，而且並非所有符合Vulkan規範的顯示卡都能收到廠商提供的驅動程式更新。

2016年8月22日，Google發布的Android Nougat（Android 7.x）提供對Vulkan的支援。[76]

蘋果公司沒有對iOS和macOS提供官方Vulkan支援，而Molten公司開發的MoltenVK執行於蘋果Metal API，提供Vulkan第三方支援。[23]

參見

  • OpenGL，科納斯組織的另一個圖形API
  • OpenCL，科納斯組織的一個異構計算框架
  • Mantle，AMD的底層圖形與計算API，Vulkan的前身
  • Direct3D，Windows和Xbox專有的圖形API
  • Metal，iOS和macOS的一個底層圖形與計算API

參考資料

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外部連結

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