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vulcano

Vulkan es una API multiplataforma de bajo nivel y bajo costo y un estándar abierto para gráficos e informática 3D . [15] [16] [17] Su objetivo era abordar las deficiencias de OpenGL y permitir a los desarrolladores más control sobre la GPU. Está diseñado para admitir una amplia variedad de GPU, CPU y sistemas operativos, y también está diseñado para funcionar con CPU multinúcleo modernas.

Descripción general

Vulkan apunta a aplicaciones de gráficos 3D en tiempo real de alto rendimiento, como videojuegos y medios interactivos , y computación altamente paralelizada . Vulkan está destinado a ofrecer un mayor rendimiento y un uso más eficiente de CPU y GPU en comparación con las API OpenGL y Direct3D 11 más antiguas . Lo hace proporcionando una API de nivel considerablemente inferior para la aplicación que las API más antiguas, que se parece más a cómo funcionan las GPU modernas.

Vulkan es comparable a Metal API de Apple y Direct3D 12 de Microsoft , y es más difícil de usar que las API OpenGL y Direct3D 11 de nivel superior. [¿ según quién? ] Además de su menor uso de CPU, Vulkan está diseñado para permitir a los desarrolladores distribuir mejor el trabajo entre múltiples núcleos de CPU . [18]

Vulkan fue anunciado por primera vez por la organización sin fines de lucro Khronos Group en GDC 2015. [13] [19] [20] Inicialmente , Khronos se refirió a la API de Vulkan como la " iniciativa OpenGL de próxima generación " o "OpenGL next" [21]. , pero el uso de esos nombres se suspendió cuando se anunció "Vulkan". [22]

Vulkan se deriva y se basa en componentes de la API Mantle de AMD , que fue donada por AMD a Khronos con la intención de darle a Khronos una base sobre la cual comenzar a desarrollar una API de bajo nivel que pudieran estandarizar en toda la industria. [13]

Características

OpenGL y Vulkan son API de renderizado. En ambos casos, la GPU ejecuta los sombreadores , mientras que la CPU ejecuta todo lo demás.

Vulkan pretende proporcionar una variedad de ventajas sobre otras API, así como sobre su predecesor, OpenGL . Vulkan ofrece menores gastos generales, un control más directo sobre la GPU y un menor uso de la CPU. [20] El concepto general y el conjunto de características de Vulkan son similares a los conceptos vistos en Mantle y luego adoptados por Microsoft con Direct3D 12 y Apple con Metal .

Las ventajas previstas de Vulkan sobre las API de la generación anterior incluyen las siguientes:

API unificada

Vulkan proporciona una única API para dispositivos gráficos de escritorio y móviles, mientras que anteriormente estos se dividían entre OpenGL y OpenGL ES respectivamente.

Multiplataforma

Vulkan está disponible en múltiples sistemas operativos modernos. Al igual que OpenGL, y a diferencia de Direct3D 12, la API de Vulkan no está bloqueada en un único sistema operativo o factor de forma de dispositivo. Vulkan se ejecuta de forma nativa en Android , Linux , BSD Unix , QNX , Haiku , [23] Nintendo Switch , Raspberry Pi , Stadia , Fuchsia , Tizen y Windows 7 , 8 , 10 y 11 .MoltenVK proporciona soporte de terceros con licencia gratuita [24] [25] [26] para macOS , iOS y tvOS mediante la integración de la API Metal de Apple. [27]

Menor uso de CPU

Vulkan reduce la carga en las CPU mediante el uso de procesamiento por lotes y otras optimizaciones de bajo nivel, lo que reduce las cargas de trabajo de la CPU y deja a la CPU libre para realizar más cálculos o renderizaciones de lo que sería posible de otra manera. [28] [29]

Diseño compatible con subprocesos múltiples

Direct3D 11 y OpenGL 4 se diseñaron inicialmente para su uso con CPU de un solo núcleo y solo recibieron aumento para ejecutarse en varios núcleos. Incluso cuando los desarrolladores de aplicaciones utilizan los aumentos, estas API normalmente no escalan bien en múltiples núcleos. Vulkan ofrece escalabilidad mejorada en CPU de múltiples núcleos debido a la arquitectura de subprocesos modernizada. [30] [31]

Sombreadores precompilados

OpenGL utiliza el lenguaje de alto nivel GLSL para escribir sombreadores , lo que obliga a cada controlador OpenGL a implementar su propio compilador para GLSL. Luego, esto se ejecuta en tiempo de ejecución de la aplicación para traducir los sombreadores del programa al código de máquina de la GPU. Por el contrario, se supone que los controladores Vulkan incorporan sombreadores ya traducidos a un formato binario intermedio llamado SPIR-V (Representación intermedia portátil estándar), análogo al formato binario en el que se compilan los sombreadores HLSL en Direct3D . Al permitir la precompilación de sombreadores, se mejora la velocidad de inicialización de la aplicación y se puede utilizar una mayor variedad de sombreadores por escena. Un controlador Vulkan solo necesita realizar una optimización específica de la GPU y generar código, lo que resulta en un mantenimiento del controlador más sencillo y paquetes de controladores potencialmente más pequeños. [32] Los desarrolladores de aplicaciones ahora también pueden ofuscar más fácilmente el código de sombreado propietario, debido a que los sombreadores no se almacenan directamente como código fuente; sin embargo, se proporcionan herramientas que pueden descompilar SPIR-V en código de alto nivel legible por humanos. [31] [17]

Otros

OpenGL frente a Vulkan

NVIDIA afirma que "OpenGL sigue siendo una gran opción para muchos casos de uso, ya que tiene una complejidad y una carga de mantenimiento mucho menores que Vulkan, y en muchos casos sigue proporcionando un excelente rendimiento general". [35] [36]

AMD afirma que "Vulkan admite un control casi metálico, lo que permite un rendimiento más rápido y una mejor calidad de imagen en Windows 7, Windows 8.1, Windows 10 y Linux. Ninguna otra API de gráficos ofrece la misma poderosa combinación de compatibilidad con sistemas operativos, funciones de renderizado y eficiencia del hardware." [37]

Versiones

Vulcano 1.1

En SIGGRAPH 2016, Khronos anunció que Vulkan recibiría soporte para funciones automáticas de múltiples GPU, similar a lo que ofrece Direct3D 12. [38] El soporte de múltiples GPU incluido en la API elimina la necesidad de SLI o Crossfire, que requiere tarjetas gráficas. ser del mismo modelo. En cambio, API multi-GPU permite que la API divida inteligentemente la carga de trabajo entre dos o más GPU completamente diferentes. [39] Por ejemplo, las GPU integradas incluidas en la CPU se pueden utilizar junto con una GPU dedicada de alta gama para aumentar ligeramente el rendimiento.

El 7 de marzo de 2018, Khronos Group lanzó Vulkan 1.1. [40] Esta primera actualización importante de la API estandarizó varias extensiones, como vista múltiple, grupos de dispositivos, uso compartido entre procesos y API, funcionalidad informática avanzada, compatibilidad con HLSL y compatibilidad con YCbCr. [41] Al mismo tiempo, también trajo una mejor compatibilidad con DirectX 12, soporte explícito para múltiples GPU, soporte de trazado de rayos , [42] [43] y sentó las bases para la próxima generación de GPU. [44] Junto con Vulkan 1.1, SPIR-V se actualizó a la versión 1.3. [41]

Vulcano 1.2

El 15 de enero de 2020, Khronos Group lanzó Vulkan 1.2 [45] . [46] Esta segunda actualización importante de la API integra 23 extensiones Vulkan probadas y de uso común adicionales en el estándar Vulkan base. Algunas de las características más importantes son "semáforos de línea de tiempo para una sincronización fácilmente administrada", "un modelo de memoria formal para definir con precisión la semántica de sincronización y operaciones de memoria en diferentes subprocesos" y "indexación de descriptores para permitir la reutilización de diseños de descriptores por parte de múltiples sombreadores". . Las características adicionales de Vulkan 1.2 mejoran su flexibilidad cuando se trata de implementar otras API de gráficos además de Vulkan, incluido el "diseño estándar de búfer uniforme", el "diseño de bloque escalar" y el "uso de plantilla separada". [47]

Vulcano 1.3

El 25 de enero de 2022, Khronos Group lanzó Vulkan 1.3. [48] ​​Esta tercera actualización importante de la API integra 23 extensiones Vulkan probadas y de uso común adicionales en el estándar Vulkan base. [49] Vulkan 1.3 se centra en reducir la fragmentación al hacer que las nuevas funciones no sean opcionales para que un dispositivo se considere compatible con Vulkan 1.3. [48] ​​[50] Las nuevas características de Vulkan 1.3 incluyen renderizado dinámico, estado dinámico adicional, API de sincronización mejorada y perfiles de dispositivo.

Funciones planificadas

Al lanzar OpenCL 2.2, Khronos Group anunció que OpenCL convergería siempre que fuera posible con Vulkan para permitir la flexibilidad de implementación del software OpenCL en ambas API. [51] [52] Esto ha sido demostrado ahora por Premiere Rush de Adobe utilizando el compilador de código abierto clspv [53] para compilar cantidades significativas de código del kernel OpenCL C para ejecutarlo en un tiempo de ejecución Vulkan para su implementación en Android. [54]

Historia

El Grupo Khronos comenzó un proyecto para crear una API de gráficos de próxima generación en julio de 2014 con una reunión inicial en Valve . [55] En SIGGRAPH 2014, el proyecto se anunció públicamente con una convocatoria de participantes. [13]

Según la Oficina de Patentes y Marcas de EE. UU., la marca registrada de Vulkan se presentó el 19 de febrero de 2015. [56]

Vulkan fue nombrado y anunciado formalmente en la Game Developers Conference 2015, aunque de antemano existían especulaciones y rumores centrados en una nueva API y se referían a ella como " glNext ". [57]

2015

A principios de 2015, LunarG (financiado por Valve ) desarrolló y presentó un controlador Linux para Intel que permitía la compatibilidad con Vulkan en los gráficos integrados de la serie HD 4000, a pesar de que los controladores Mesa de código abierto no eran totalmente compatibles con OpenGL 4.0 hasta finales de ese año. [58] [59] Todavía existe la posibilidad [60] de compatibilidad con Sandy Bridge, ya que admite computación a través de Direct3D11.

El 10 de agosto de 2015, Google anunció que las versiones futuras de Android serían compatibles con Vulkan. [61] Android 7.x "Nougat" lanzó soporte para Vulkan el 22 de agosto de 2016. Android 8.0 "Oreo" tiene soporte completo.

El 18 de diciembre de 2015, Khronos Group anunció que la versión 1.0 de la especificación Vulkan estaba casi completa y se lanzaría cuando los controladores correspondientes estuvieran disponibles. [20]

2016

La especificación completa de Vulkan y el SDK de Vulkan de código abierto se publicaron el 16 de febrero de 2016. [1]

2018

El 26 de febrero de 2018, Khronos Group anunció que la API de Vulkan estuvo disponible para todos en macOS e iOS a través de la biblioteca MoltenVK , que permite que Vulkan se ejecute sobre Metal . [62] Otros desarrollos nuevos se mostraron en SIGGRAPH 2018. [63] Anteriormente, MoltenVK era una solución patentada y con licencia comercial, pero Valve llegó a un acuerdo con el desarrollador Brenwill Workshop Ltd para abrir MoltenVK bajo la licencia Apache 2.0 y, como resultado, el La biblioteca ya está disponible en GitHub. Valve también anunció que Dota 2 puede ejecutarse a partir del 26 de febrero de 2018 en macOS utilizando la API Vulkan, que se basa en MoltenVK. [64]

2019

El 25 de febrero de 2019, se anunció que el grupo de trabajo Vulkan Safety Critical (SC) llevaría la aceleración de GPU Vulkan a industrias críticas para la seguridad. [sesenta y cinco]

El servicio de juegos en la nube Stadia de Google utilizó Vulkan en servidores basados ​​en Linux con GPU AMD . [66]

2020

El 15 de enero de 2020, se lanzó Vulkan 1.2.

Junto con el lanzamiento de Vulkan 1.2, Khronos Group publicó una entrada en el blog que consideraba que el soporte HLSL en Vulkan había alcanzado el estado "listo para producción", dadas las mejoras en el compilador DXC de Microsoft y el compilador glslang de Khronos, y las nuevas características en Vulkan 1.2 que mejoran el soporte HLSL. . [67]

El 3 de febrero de 2020, la Fundación Raspberry Pi anunció que estaba trabajando en un controlador Vulkan de código abierto para su Raspberry Pi , una popular computadora de placa única. [68] El 20 de junio de 2020, un ingeniero gráfico reveló que había creado uno después de dos años de trabajo que era capaz de ejecutar VkQuake3 a más de 100 FPS en la computadora pequeña. [69]

El 17 de marzo de 2020, Khronos Group lanzó las extensiones Ray Tracing , basadas en la extensión patentada de Nvidia , con algunas extensiones importantes y muchos cambios menores, que a su vez se basaron en la API OptiX de Nvidia . [70] [71] El 23 de noviembre de 2020, se finalizaron estas extensiones de Ray Tracing. [72]

El 24 de noviembre de 2020, la Fundación Raspberry Pi anunció que su controlador para Raspberry Pi 4 es compatible con Vulkan 1.0. [73]

2022

El 25 de enero de 2022, se lanzó Vulkan 1.3.

El 1 de marzo de 2022, se lanzó Vulkan SC 1.0, que ofrece gráficos y computación Vulkan para la industria crítica para la seguridad y se basa en el estándar Vulkan 1.2. [74]

El 1 de agosto de 2022, la Fundación Raspberry Pi anunció que su controlador para Raspberry Pi 4 es compatible con Vulkan 1.2. [75]

El 1 de septiembre de 2022, se lanzó Mesh Shading para Vulkan. [76] [77]

2024

Khronos Group anunció la nueva hoja de ruta Vulkan 2024 el 25 de enero de 2024. [78] Khronos Group anunció la nueva extensión de decodificación de video AV1 el 1 de febrero de 2024. [79]

Soporte entre proveedores

Captura de pantalla de vulkaninfo, que muestra información sobre las instancias de Vulkan compatibles y vkcubeun programa para probar la implementación de Vulkan en un sistema.

Las especificaciones iniciales indicaron que los controladores Vulkan se pueden implementar en cualquier hardware que admita OpenGL ES 3.1 u OpenGL 4.xy versiones posteriores. [80] Como el soporte de Vulkan requiere nuevos controladores de gráficos, esto no implica necesariamente que todos los dispositivos existentes que admitan OpenGL ES 3.1 u OpenGL 4.x tendrán controladores Vulkan disponibles.

Intel

A partir de marzo de 2023, Intel ha dividido la compatibilidad con el controlador Vulkan en Windows [81] y en Linux . [82] Todos los controladores son desarrollados por Intel.

En Windows, Skylake a través de Ice Lake admite hasta Vulkan 1.3, [83] con soporte limitado después de julio de 2022, ya que las actualizaciones futuras solo cubrirán correcciones de seguridad. [81] Iris Xe y versiones más recientes son totalmente compatibles a partir de marzo de 2023. [84]

En Linux, a partir de marzo de 2023, hay soporte Vulkan incompleto para Haswell [85] y no es compatible con Vulkan 1.0. [86] Además de Haswell, Ivy Bridge y Broadwell también cuentan con el respaldo de un controlador Vulkan heredado en Mesa llamado HASVK. [82] Skylake y versiones más nuevas cuentan con el respaldo de un conductor en Mesa llamado ANV. [82]

AMD

En Windows, Vulkan 1.2 es compatible desde GCN 1.0 hasta GCN 3.0, [87] [88] [89] y no se planean más actualizaciones después de junio de 2021. [90] GCN 4.0 y versiones más recientes son compatibles con Vulkan 1.3. [91]

En Linux existen varios controladores Vulkan diferentes con soporte de hardware variable y superpuesto. Existe el controlador Vulkan de código abierto llamado AMDVLK, desarrollado por AMD que refleja el soporte de Windows. [92] También existe el controlador propietario llamado AMDGPU-PRO, cuyo uso no se recomienda para la mayoría de los usuarios a partir de marzo de 2023. [93]

También existe el controlador recomendado llamado RADV en Mesa desarrollado por Valve, Red Hat, [94] Google [95] y otros. Este controlador a partir de marzo de 2023 es compatible con todas las tarjetas GCN y RDNA . [96] El soporte de este controlador RADV para GCN 1.0 a GCN 2.0 requiere que se habilite su soporte experimental en el módulo del kernel amdgpu . [97]

Nvidia

En Windows y Linux existe el controlador Vulkan desarrollado por NVIDIA que admite Vulkan 1.2 en tarjetas Kepler [98] y no se planean más actualizaciones después de septiembre de 2021. [99] Maxwell y las versiones más recientes admiten Vulkan 1.3. [100]

NVK, un controlador Vulkan experimental de código abierto para Linux basado en nouveau , se anunció en octubre de 2022. [101] Se fusionó con la línea principal Mesa en agosto de 2023. [102] El controlador actualmente es compatible con Vulkan 1.3 [103]

GPU Android y móviles

La mayoría de los dispositivos Android modernos son compatibles con Vulkan. Android 7.0 Nougat incluye compatibilidad opcional con Vulkan 1.0, [104] Android 9.0 Pie incluye compatibilidad opcional con Vulkan 1.1 y Android 10 espera (pero no exige) que todos los dispositivos de 64 bits que no tengan poca memoria admitan Vulkan 1.1. [105] [106] [107] Android 13 espera soporte en las mismas condiciones de Vulkan 1.3. [108] En Linux y algunos dispositivos ChromeOS , el controlador Mesa de código abierto brinda soporte para hardware Arm Mali (Midgard y Bifrost), Qualcomm Adreno y Broadcom VideoCore VI . [109]

Manzana

A partir de junio de 2022, los dispositivos Apple no brindan soporte nativo para la API de Vulkan. [110] El soporte de Vulkan está disponible a través de la biblioteca de código abierto MoltenVK , que proporciona una implementación de Vulkan además de la API de gráficos Metal proporcionada en dispositivos iOS y macOS, aunque tiene algunas limitaciones con respecto a ciertas características avanzadas de la API. [27]

En junio de 2022, la versión 1.3.217 de Vulkan agregó soporte para objetos Metal, facilitando la importación y exportación entre las dos API. [111] En diciembre de 2022, la versión 1.3.236 de Vulkan agregó pequeñas correcciones para la interacción con Apple Metal. [112]

Compatibilidad al revés

Vulkan no es compatible con OpenGL , [113] [17] [nota 1] aunque hay ciertos proyectos que implementan OpenGL sobre Vulkan, como ANGLE de Google y Zink de Mesa . [114]

Vulkan tampoco es compatible con otras API de gráficos como Direct3D , Metal y Mantle ; sin embargo, existen implementaciones de esas API además de Vulkan:

Las API de gráficos específicas de la plataforma implementadas sobre Vulkan también pueden ejecutarse en plataformas alternativas. Por ejemplo, DXVK proporciona una biblioteca compartida alternativa destinada a usarse en Linux de forma nativa (sin la capa de compatibilidad Wine ) para ayudar con la portabilidad del juego.

Ver también

Notas

  1. ^ El proceso de configuración de un proceso de renderizado de gráficos no difiere drásticamente de los de OpenGL [ES]. Por ejemplo, los sombreadores escritos en GLSL aún se pueden reutilizar: el código fuente se puede compilar/traducir mediante un compilador independiente a un nuevo formato binario intermedio llamado SPIR-V, que luego puede ser consumido por la API de Vulkan.

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