一月底的時(shí)候我在巴黎的ISART Digital（視頻游戲和3D動(dòng)畫(huà)學(xué)校）參加了一個(gè)座談?dòng)懻摃?huì):“新一代圖形API座談會(huì)：關(guān)于早期的Vulkan”。這次會(huì)議是由來(lái)自Unity的Christophe Riccio組織和主持的，這次會(huì)議的主題是關(guān)于Khronos Group新一代圖形與計(jì)算API：Vulkan。

這次座談會(huì)的嘉賓有來(lái)自獨(dú)立軟件供應(yīng)商（ISV）的,獨(dú)立硬件供應(yīng)商（IHV）的,以及不同應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)人員，他們有非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，從現(xiàn)代渲染算法到API實(shí)現(xiàn)以及驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)：

? Sébastien Lagarde (現(xiàn)任Unity渲染研究總監(jiān)，以前曾任職于EA Frostbite)
? Julien Ignace (現(xiàn)任Unity R&D渲染程序員，以前曾任職于Quantic Dream)
? Jasper Bekkers (現(xiàn)任OTOY渲染工程師, 以前曾任職于EA Frostbite)
? Cyril Crassin (現(xiàn)任NVIDIA研究科學(xué)家)
? Jon Kennedy (現(xiàn)任Intel高級(jí)圖形軟件工程師)
? Adrian Bucur (現(xiàn)任Samsung SERI高級(jí)軟件工程師)

我們討論了多個(gè)話題，包括Vulkan最適合的開(kāi)發(fā)模式；將Vulkan集成進(jìn)現(xiàn)有的渲染引擎中有多難；調(diào)試工具對(duì)Vulkan的影響有多大。在這篇文章中總結(jié)了我認(rèn)為最有意思的討論點(diǎn)和挑戰(zhàn)。

解決OpenGL的一些問(wèn)題

用了將近兩年時(shí)間，Khronos的一個(gè)工作小組負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)下一代圖形與計(jì)算API，致力于解決OpenGL最大的局限性問(wèn)題，如下：

? 設(shè)計(jì)一個(gè)通用跨平臺(tái)的API（桌面，控制臺(tái)，移動(dòng)和嵌入式平臺(tái)）
? 緊密貼合現(xiàn)代GPU架構(gòu)
? 提供一個(gè)控制臺(tái)友好型，低開(kāi)銷，顯示的API

專家組成員被問(wèn)到是否可以從新設(shè)計(jì)一個(gè)API而不使用OpenGL的規(guī)范。OpenGL的一些先進(jìn)性，例如AZDO和GL_KHR_no_error擴(kuò)展，向我們證實(shí)到大量的API相關(guān)CPU開(kāi)銷是有可能避免的。設(shè)計(jì)一個(gè)全新的OpenGL并側(cè)重于這些想法會(huì)給開(kāi)發(fā)者帶來(lái)顯著的性能提升。

然而這個(gè)設(shè)計(jì)路線可能還是會(huì)有一些問(wèn)題,例如：

? 緩存分配和同步的實(shí)現(xiàn)還是不夠透明，在某些平臺(tái)上卡死和緩存重影仍然會(huì)發(fā)生。
? 狀態(tài)仍然是全局的。開(kāi)發(fā)者需要清晰的理解每個(gè)獨(dú)立硬件平臺(tái)的GPU狀態(tài)是如何設(shè)置的，以保證OpenGL的狀態(tài)能夠被有效的配置。
? 高效多線程命令提交仍然很難在OpenGL類似型API中解決。

經(jīng)過(guò)討論后專家成員認(rèn)為方向可能有些冒險(xiǎn)，但是Vulkan API已經(jīng)能夠滿足所有合理幀時(shí)間（time frame）的設(shè)計(jì)目標(biāo)（盡管有一點(diǎn)點(diǎn)兒延遲）。

Vulkan對(duì)于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)究竟有多相關(guān)？

大多數(shù)獨(dú)立硬件供應(yīng)商同意提供一個(gè)由開(kāi)發(fā)者控制內(nèi)存分配，狀態(tài)設(shè)置和調(diào)用驗(yàn)證的API會(huì)提供更高的運(yùn)行性能，同時(shí)使驅(qū)動(dòng)的跨平臺(tái)操作更加的可預(yù)測(cè)，這也會(huì)降低維護(hù)花銷。

獨(dú)立軟件供應(yīng)商（ISV）卻有些懷疑。獨(dú)立硬件供應(yīng)商花費(fèi)了數(shù)年時(shí)間來(lái)優(yōu)化他們的OpenGL,OpenGL ES和DirectX驅(qū)動(dòng)。要想獲得同樣的或者更好的性能就會(huì)要求獨(dú)立軟件供應(yīng)商投入大量的資源來(lái)設(shè)計(jì)和優(yōu)化他們的引擎來(lái)兼容這個(gè)新的顯示API，例如高效的捕獲系統(tǒng)狀態(tài)。

除此之外，現(xiàn)有的中間件將需要繼續(xù)支持老版本的API很長(zhǎng)一段時(shí)間。對(duì)現(xiàn)在來(lái)說(shuō)，Vulkan將是另一個(gè)實(shí)現(xiàn)與支持的標(biāo)準(zhǔn)，這將會(huì)增加維護(hù)渲染引擎代碼的整體花銷。

正是影響引擎的各種限制因素創(chuàng)造了一個(gè)機(jī)遇，就是開(kāi)發(fā)更加靈活的中間件。Oxide Games公司開(kāi)發(fā)的Nitrous引擎被作為一個(gè)例子進(jìn)行的討論，它已經(jīng)能夠兼容這個(gè)圖形API的前沿技術(shù)。對(duì)于其他引擎要實(shí)現(xiàn)相同的性能還需要很長(zhǎng)時(shí)間。

回到開(kāi)始的問(wèn)題這個(gè)API與誰(shuí)最相關(guān)。各種引擎肯定會(huì)支持它，但是那些不得不支持老版本API的引擎進(jìn)化得可能就比較慢了。那些最簡(jiǎn)單調(diào)用的工程將會(huì)是最早受益。2D渲染引擎多用于桌面顯示，例如谷歌的Skia，將會(huì)支持這個(gè)API來(lái)降低功耗。這個(gè)API的低開(kāi)銷特性可以讓開(kāi)發(fā)者在短期內(nèi)提升他們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能，從而滿足設(shè)計(jì)要求。例如車內(nèi)手寫(xiě)導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)于CPU,GPU和內(nèi)存限制非常嚴(yán)格。

供應(yīng)商制定的代碼路徑是必需的嗎？

目前除了擴(kuò)展功能（總是要求新的代碼路徑和回調(diào)）。不幸的是大多數(shù)使用OpenGL和OpenGL ES的跨平臺(tái)渲染引擎都要求各種各樣的代碼路徑以兼容供應(yīng)商制定的驅(qū)動(dòng)操作和bugs。專家組成員被問(wèn)到這些偏差是否將會(huì)在Vulkan渲染引擎中繼續(xù)延續(xù)。

隨著獨(dú)立軟件供應(yīng)商不斷接入到Vulkan API，很難說(shuō)有多少代碼路徑。從理論上講，不斷降低的驅(qū)動(dòng)復(fù)雜度會(huì)使各種操作變得更加透明，更少的bugs以及更少的因素去實(shí)現(xiàn)供應(yīng)商制定的代碼路徑。然而專家組成員同意相比OpenGL在Vulkan中對(duì)硬件架構(gòu)的理解和編程更加的重要，例如利用供應(yīng)商制定的DMA隊(duì)列優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸。

開(kāi)發(fā)工具會(huì)影響Vulkan API的流行嗎？

獨(dú)立軟件供應(yīng)商（ISV）贊同相比API自身因素，開(kāi)發(fā)工具對(duì)于API的成功有更大的影響。例如開(kāi)發(fā)者通常會(huì)首先采用Sony的平臺(tái)和API，因?yàn)樗鼈儞碛泄I(yè)標(biāo)準(zhǔn)最好的工具（很多人這樣認(rèn)為）。

OpenGL的開(kāi)發(fā)是比較困難的。現(xiàn)在有很多功能模塊正在被平臺(tái)開(kāi)發(fā)者，獨(dú)立軟件供應(yīng)商，獨(dú)立硬件供應(yīng)商和社區(qū)所維護(hù)，但是這是經(jīng)歷了多年的發(fā)展才達(dá)到現(xiàn)在這個(gè)階段的。

隨著Vulkan的出現(xiàn)，Khronos Group將更多的思考放到工具上而不是以前的標(biāo)準(zhǔn)，例如加載層的設(shè)計(jì)讓開(kāi)發(fā)者能夠使用Khronos組織提供的調(diào)試工具以及第三方提供的或者自定義的解決方案。不幸的是，類似OpenGL一樣Vulkan缺少很多調(diào)試操作的規(guī)范化實(shí)現(xiàn)方式，例如分析和復(fù)現(xiàn)調(diào)用操作。除非Khronos組織為工具開(kāi)發(fā)組織一個(gè)團(tuán)隊(duì)與API的開(kāi)發(fā)同步進(jìn)行，否則這種情況可能不會(huì)改變。

自Vulkan正式發(fā)布以來(lái)，我們看到已經(jīng)有很多可用的工具，以及更多由Khronos推廣者，貢獻(xiàn)者和咨詢組織成員正在開(kāi)發(fā)的工具。不同平臺(tái)例如谷歌和Valve將會(huì)為它們的操作系統(tǒng)提供跨供應(yīng)商的工具。社區(qū)維護(hù)工具例如RenderDoc將會(huì)讓開(kāi)發(fā)者實(shí)現(xiàn)跨各種操作系統(tǒng)和GPU的調(diào)試操作。

最后對(duì)于工具的討論，以為觀眾問(wèn)到是否GPU的性能能夠通過(guò)Vulkan API暴露出來(lái)。不幸的是這個(gè)功能還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，但是未來(lái)這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)擴(kuò)展來(lái)解決。

這次座談會(huì)得出一個(gè)結(jié)論就是好的工具對(duì)于Vulkan的成功是非常有必要的。現(xiàn)在有各種各樣的專用的和社區(qū)支持的工具可用，能夠讓開(kāi)發(fā)者快速找到符合自己需求的調(diào)試流程。

Khronos Group也開(kāi)發(fā)了一個(gè)高層次應(yīng)用摘要嗎？

在這個(gè)API的設(shè)計(jì)期間，這個(gè)組織就考慮開(kāi)發(fā)一個(gè)幫助手冊(cè)讓開(kāi)發(fā)者更容易入門Vulkan操作。經(jīng)過(guò)一些考慮后，如果開(kāi)發(fā)一個(gè)通用的使用摘要會(huì)花費(fèi)太多的精力，耽誤Vulkan API的開(kāi)發(fā)進(jìn)度。

社區(qū)提供了各種庫(kù)，例如PowerVR框架，這讓開(kāi)發(fā)者根據(jù)需要選擇各種通用和不同領(lǐng)域的庫(kù)。同時(shí)Khronos貢獻(xiàn)者也已經(jīng)計(jì)劃開(kāi)發(fā)這樣一個(gè)框架，專家組成員同意參考使用摘要會(huì)兼容Vulkan API 1.0正式版，同時(shí)不會(huì)影響Vulkan API的開(kāi)發(fā)進(jìn)度。

如果你想了解更多就來(lái)GDC2016吧

希望這篇文章讓大家對(duì)硬件與軟件供應(yīng)商關(guān)心的問(wèn)題和API的發(fā)展有一個(gè)了解。如果你想了解更多關(guān)于Vulkan的資訊，以及它是怎樣在我們的硬件上工作的。那就趕緊來(lái)GDC 2016現(xiàn)場(chǎng)吧（在鏈接下面評(píng)論或者來(lái)我們的論壇討論）。