Vulkan

Vulkan

開發者	科納斯組織，基于AMD的Mantle开发[1][2][3][4][5]
首次发布	2016年2月16日，​8年前​（2016-02-16）[6]
当前版本	1.4.304（2024年12月20日；穩定版本）[7]
源代码库	github.com/KhronosGroup/Vulkan-Docs
操作系统	Android、Linux、Tizen、Microsoft Windows[8][9]
平台	跨平台
类型	3D图形与计算API[10]
许可协议	Apache许可证2.0版 MIT許可證 知识共享署名4.0国际
网站	www.khronos.org/vulkan/

Vulkan是一個低开销、跨平台的二维、三维图形与计算的應用程式接口（API），[11]最早由科納斯組織在2015年游戏开发者大会（GDC）上發表。[12][13]与OpenGL类似，Vulkan針對全平台即時3D图形程式（如電子遊戲和交互媒体）而設計，并提供高效能与更均衡的CPU与GPU占用，這也是Direct3D 12和AMD的Mantle的目標。与Direct3D（12版之前）和OpenGL的其他主要区别是，Vulkan是一个底层API，而且能执行并行任务。除此之外，Vulkan还能更好地分配多个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基于Mantle构建，AMD将其Mantle API捐赠给科納斯組織，给予该组织开发底层API的基础，使其像OpenGL一样成为行业标准。[3][10][16][17][18][19][20]

特性

OpenGL与Vulkan都是图形渲染API，GPU处理着色器，而CPU执行其他任务。

Vulkan旨在提供更低的CPU开销与更直接的GPU控制，其理念大致与Direct3D 12和Mantle类似。[21]

以下是Vulkan相对于上一代API的优势：[22]

• Vulkan API适用于从高性能电脑到移动低功耗设备的显示卡（OpenGL具有名为OpenGL ES的移动设备API子集，它仍是支持Vulkan设备的备选API）。
• 相比于Direct3D 12，Vulkan与前身OpenGL类似，受多种操作系统支持。Vulkan已经能在Windows 7、Windows 8、Windows 10、Tizen、Linux与Android上运行（iOS和macOS有第三方支持[23]）。
• 通过批量处理（Batching）减少CPU负载，使CPU可以执行更多其他的计算或渲染任务。[21][24]
• 在多核心CPU上，Vulkan能对核心与线程进行优化。Direct3D 11与OpenGL 4最初为单核心CPU设计，尽管后来出现了针对多核心CPU优化的扩展，不过与Vulkan相比，优化仍不是很好。[25]
• 减少了驱动程序的开销与维护工作。OpenGL使用高级着色语言GLSL编写着色器，不同的驱动在程序运行时需要执行自身的GLSL编译器，将程序的着色器转换为GPU可执行的机器代码。而Vulkan驱动将着色器语言预先转化为SPIR-V（英语：Standard Portable Intermediate Representation）（Standard Portable Intermediate Representation）的中间二进制格式，其行为类似于Direct3D的HLSL着色器。通过着色器预编译，应用程序加载速度更快，并且3D场景可以使用更多种着色器。Vulkan驱动只需对GPU进行优化并生成代码，这使得驱动程序更容易维护，驱动程序包更小（目前GPU供应商仍需在驱动程序中提供OpenGL与OpenCL的支持）。[26]
• 计算与图形处理的统一管理，因此Vulkan无需与单独的计算API配合使用。

英伟达在2016年时指出，由於OpenGL的复杂度和维护难度比Vulkan低很多，在多数情况下也能提供理想的整体性能，现阶段OpenGL仍是个很好的选择。[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。

Vulkan 1.1

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，光線跟踪支持[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。

Vulkan 1.3

2022年1月25日，科納斯組織发布了Vulkan 1.3。[36] 这次更新将另外23个常用的成熟的Vulkan扩展集成到基本的Vulkan标准中。

计划中的功能

科纳斯在SIGGRAPH 2016上宣布，Vulkan将提供类似于Direct3D 12的多卡互联功能。[37]通过Vulkan，不同型号的显卡也能协同工作，而无需NVIDIA SLI或AMD Crossfire的支持。Vulkan多卡互联功能允许API在多个不同的显卡之间智能分配负载，例如，CPU上的集成显卡与高端独立显卡协同工作，能够略微提升显示性能。[38]

在2017年5月发行OpenCL 2.2之时，Khronos Group宣布OpenCL将尽可能的汇合于Vulkan，以确使OpenCL软件在这两种API上灵活部署[39][40]。这已经由Adobe的Premiere Rush展示出来，它使用clspv开源编译器[41]，编译了大量OpenCL C内核代码，从而在部署于Android的Vulkan运行时系统上运行[42]。

历史

2014年6月，科纳斯组织开始了“次世代OpenGL”图形API的计划，并在Valve公司举行项目启动会议。[43]在SIGGRAPH 2014上，项目公之于世。[10]2015年2月19日，Vulkan的商标在美国专利及商标局提交。[44]

2015年早些时候，LunarG（英语：LunarG）（由Valve资助）开发并展示了一款支持Vulkan API的Intel HD Graphics 4000系列Linux驱动程序，不过当时的Mesa开源驱动并不完全兼容OpenGL 4.0。[45][46]

2016年2月16日，科纳斯组织发布了Vulkan 1.0版规范与开源软件开发工具包（SDK）。[6]

支持Vulkan的软件

电子游戏

• 《塔洛斯法则》——首个支持Vulkan渲染的游戏[47]
• 《Dota 2》——2016年5月开始支持[48]
• 《毁灭战士》——2016年7月开始支持[49]
• 《虹彩六號:圍攻行動》——PC公開測試中[50]
• vkQuake——《雷神之锤》的Vulkan移植版，于2016年7月发布[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

游戏引擎

• Source 2——2015年3月由Valve公司发布[53][54]
• Serious Engine 4——2016年2月，Croteam宣布支持Vulkan API[55]
• 虚幻引擎4——2016年2月Epic Games在三星Galaxy S7 Unpack发布会上声明提供Vulkan支持[56][57]
• Torque 3D（英语：Torque 3D）——2016年4月，开发者社区宣称将提供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宣布运行于id Tech 6引擎的《毁灭战士》将支持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计划提供支持[63]
• Xenko——2016年7月加入支持[64]
• Intrinsic——在GitHub上托管的开源跨平台游戏引擎[65]
• Unity——2016年12月，Unity Technologies（英语：Unity Technologies）表示其Unity游戏引擎5.6版将支持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]

开发工具

• GPU PerfStudio（英语：GPU PerfStudio） 3.6，在Windows与Linux平台上支持Vulkan[72]
• GTK+ Scene Graph Kit（英语：GTK+ Scene Graph Kit），作为GTK+ 3.90的一个组件于2017年3月发布[73]

操作系统组件

Vulkan视窗系统接口（Window System Interface，WSI）的作用类似于OpenGL ES的EGL（英语：EGL）。[74]EGL能使OpenGL ES程序跟原生视窗系统相通，并控制上下文管理（英语：Context management）、缓冲器绑定与渲染同步等。

兼容性

初版Vulkan规范指出，Vulkan能在支持OpenGL ES 3.1或OpenGL 4.x及更高版本的显卡上运行。[75]但Vulkan API本身依赖于新版显卡驱动程序，而且并非所有符合Vulkan规范的显卡都能收到厂商提供的驱动程序更新。

2016年8月22日，Google发布的Android Nougat（Android 7.x）提供对Vulkan的支持。[76]

苹果公司没有对iOS和macOS提供官方Vulkan支持，而Molten公司开发的MoltenVK运行于苹果Metal API，提供Vulkan第三方支持。[23]

参见

• OpenGL，科納斯組織的另一个图形API
• OpenCL，科納斯組織的一个异构计算框架
• Mantle，AMD的底层图形与计算API，Vulkan的前身
• Direct3D，Windows和Xbox专有的图形API
• Metal，iOS和macOS的一个底层图形与计算API

參考資料

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外部链接

• Vulkan 1.0规范 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Vulkan硬件支持数据库 （页面存档备份，存于互联网档案馆）