В разработке 3D-приложений, видеоигр и систем виртуальной реальности наступает новый этап. Совместными усилиями разработчики сделали важный шаг на пути к унификации кода и более эффективному использованию аппаратных ресурсов. Консорциум Khronos Group, насчитывающий более ста компаний, официально представил первую версию открытого кроссплатформенного API под названием Vulkan (ранее – GLNext). Он обеспечивает непосредственный контроль над ГП и ЦП, устраняя «узкие места» и повышая общую производительность.

Vulkan-m

На форумах часто можно увидеть однотипные вопросы о том, раскроет ли процессор X видеокарту Y и какая конфигурация при одинаковом бюджете будет производительнее в конкретных приложениях. Он возникает из-за того, что современные ГП обладают большей производительностью, чем ЦП того же уровня и поколения. В играх и других 3D-приложениях временами возникают ситуации, когда на ЦП приходится большая нагрузка, а ГП простаивает. Например, процессор обсчитывает взаимодействие игроков и объектов, а видеокарта ждёт от него данные, чтобы отрисовать следующий кадр. Из-за несбалансированности нагрузки возникают задержки, а динамичная игра может превратиться в покадровое слайд-шоу даже с мощной видеокартой.

Указанные проблемы характерны для платформы PC и практически незнакомы владельцами игровых консолей. Разработчики консольных игр всегда знают детальные спецификации приставок и могут выполнять глубокую оптимизацию кода с учётом их особенностей. Компьютеры, ноутбуки, планшеты – это зоопарк не только из разных конфигураций, но и принципиально отличных архитектур. При создании игр для столь разношёрстной платформы приоритетом становится универсальность кода, что негативно сказывается на скорости его исполнения.

Сравнение Vulkan API и OpenGL (изображение:  Khronos Group).
Сравнение Vulkan API и OpenGL (изображение: Khronos Group).

Разработчики операционных систем по-разному пытаются решить проблему низкой эффективности кода сторонних приложений. Microsoft начала искать пути оптимизации графических вычислений давно, однако реальная поддержка низкоуровневых операций появилась только в DirectX 12. Этот API доступен лишь в одной ОС – Windows 10. В свою очередь, положение Apple оказалось ближе к таковому у производителей игровых консолей. Когда одна и та же компания выпускает мобильные процессоры и софт, его согласованной работы добиться куда легче. Тем не менее, пути оптимизации самой разработки игр и приложений у Apple далеко не исчерпаны. В iOS 8 появился Metal API, также ориентированный на использование низкоуровневых операций.

Остальные крупные компании предпочитают действовать совместно и в рамках открытых стандартов. Появившийся 16 лет назад консорциум Khronos Group объединил более ста производителей, включая таких кровных друзей, как AMD, Nvidia и Intel. В своё время консорциум явил на свет открытые стандарты OpenGL, OpenCL, OpenCV и многие другие.

Khronos Group насчитывает более ста участников.
Khronos Group насчитывает более ста участников.

По сравнению с OpenGL, Vulkan даёт разработчикам возможность использовать низкоуровневые операции без ущерба для переносимости кода. С помощью Vulkan на разных платформах можно достичь почти такого же сбалансированного алгоритма, как на специализированных игровых консолях. Этот API помогает эффективнее использовать аппаратные возможности дискретных видеокарт и интегрированных графических чипов в 2D и 3D-режимах.

Подобно DirectX 12, Vulkan поддерживает прямой доступ к памяти GPU. Дополнительно Vulkan снижает зависимость скорости отрисовки от качества драйверов. За счёт трансляции кода шейдерных программ в промежуточный двоичный формат, их компиляцию можно выполнять уже на этапе разработки, а не во время запуска 3D-приложения.

Vulkan разрабатывается с середины 2014 года. В его основу легли графические библиотеки другого низкоуровневого API – AMD Mantle. Компания AMD также выступала в роли редактора официальных спецификаций. Помимо них Khronos group опубликовала ряд тестов, демонстрирующих преимущество нового API. Все они доступны на портале GitHub.

Реклама на Компьютерре

«У Vulkan есть огромный потенциал, – говорит Дин Секулик (Dean Sekulic), программист Croteam. – Если сказать о нём в одном предложении, то с появлением Vulkan завершилось давнее противостояние между борцами за производительность и переносимость кода. Сейчас мы портируем на него The Talos Principle в подтверждение новой концепции разработки».

Компания Valve спонсирует создание открытого SDK LunarG с поддержкой API Vulkan. Однако несмотря на открытые спецификации, доступные инструменты разработки, возможность глубокой оптимизации кода и другие преимущества, Vulkan ещё какое-то время будет редко используемым API. Большинство игроделов останутся верны DirectX 11/12 и OpenGL. Куда проще повысить системные требования или снизить качество графики, чем осваивать новые способы разработки. Понимая это, консорциум Khronos Group стремиться обеспечить поддержку Vulkan не только в новых ОС и графических решениях, но и на морально устаревших системах.

Сейчас Vulkan поддерживается в среде Windows (начиная с седьмой версии), Linux, SteamOS и Android. В ближайшее время ожидается добавление поддержки ОС Tizen от Samsung. Бета-версии драйверов с поддержкой API Vulkan уже выпустили AMD и Nvidia. На очереди Intel, Qualcomm, ARM и другие производители, входящие в консорциум Khronos Group. Демонстрацию Vulkan на графическом чипе ARM Mali можно увидеть в ролике ниже.

В настоящее время Vulkan можно протестировать на видеокартах с графическими чипами Nvidia GeForce GT 630 и выше, AMD Radeon HD 7700 и новее. Также API Vulkan поддерживает гибридные процессоры AMD с графическим ядром Radeon HD 8500 – 8900 и R2 – R9. Встроенная графика десктопных и мобильных процессоров Intel поддерживается Vulkan начиная с семейства Core пятого поколения.

В полной мере возможности нового API раскроются перспективными графическими процессорами Nvidia серии Pascal и AMD с архитектурой GCN четвёртого поколения. Соответствующие видеокарты предположительно войдут в серию GTX 1xxx и Radeon Rx 400. По неофициальным данным начало их продаж планируется на второй квартал 2016 года.