Vulkan可以具体做什么OpenGL 4.6+无法做到的？

Question

我正在研究保留OpenGL还是考虑进行密集瓶颈渲染的Vulkan迁移是否更合适。

但是，我不想在不知情的情况下进行跳跃。我一直在寻找Vulkan给我带来的好处，但是通过大量的搜索，我无法完全理解 可以提高性能的东西。人们会抛出诸如“ OpenGL慢，Vulkan快得多”之类的术语！或“低功耗！”就此事再说一遍。

因此，这使我很难评估我面临的问题是否是Vulkan可以帮助我解决的问题，或者我的问题是由于数量和计算所致（在这种情况下，Vulkan会无济于事）我很多）。

我假设Vulkan不会神奇地使管道中的内容变快（因为对于相同的缓冲区，统一和着色器，OpenGL和Vulkan之间的三角形阴影将大致相同）。我假设OpenGL中所有引起悲伤的事物（例如：帧缓冲区和着色器程序更改）在这两个API中都会同样痛苦。

我认为Vulkan在网上阅读了无数内容后，脑中浮现出一些东西（我想这肯定不是全部优点，或者甚至不是真的）：

• 没有[太多？ ]绑定（或更确切地说是“无边界纹理”的更好版本），当我切换到无边界纹理时，我注意到了这一点，我获得了显着的性能提升，但是，如果有效地实现了无边界纹理，这甚至不值得一提这样做，因此不确定Vulkan是否在此处添加任何内容

• 通过编写一些可以在GPU上执行而无需发送大量数据的命令列表来减少CPU / GPU的通信

• 能够以多线程方式进行OpenGL无法连接的方式

但是，我不确切知道人们在现实世界中遇到哪些情况需要这些条件，以及OpenGL如何限制这些条件。到目前为止，所有在线示例都说“您可以运行得更快！”但是我还没有看到人们如何使用它来更快地运行。

在哪里可以找到可以回答此问题的信息？还是您知道一些实际的例子可以为我解答？也许更好的问题是，人们最初使用OpenGL（或D3D）时遇到的典型痛点在哪里导致Vulkan成为一件事？

一个不令人满意的答案示例是

  

您可以多线程并更快地将其提交给Vulkan。

但更令人满意的响应将是

  

在Vulkan中，您可以将提交的内容多线程化到GPU。在OpenGL中，您无法执行此操作，因为您依靠实现来进行适当的锁定并代表您放置栅栏，这最终可能会造成瓶颈。一个简单的例子是[这里是OpenGL在X情况下没有裁剪的情况下的简短例子]，而在Vulkan中，它是通过[动作Y]解决的。

以上最后一段可能都不是准确的，但是我试图给出一个我要寻找的例子，而没有试图写出严重错误的东西。

Answer 1

这有可能基于意见。我想我只想重申包装盒上写的Vulkan优势，希望没有争议。

• 您可以在Vulkan中禁用验证。显然，这种方式使用的CPU（或电池\电源\噪声）更少。在某些情况下，这可能很重要。
• OpenGL确实定义不正确的多线程。 Vulkan在规范中定义良好的多线程。这意味着您不会立即失去尝试使用多个线程进行编码的能力，并且如果单线程可能会成为CPU的瓶颈，则可以提高性能。
• Vulkan更明确；它不会（或尝试不）暴露大的魔术黑匣子。这意味着您可以对微结结和挂接以及其他微优化做一些事情。
• Vulkan的窗户系统界面更简洁。不再有奇怪的上下文和默认的帧缓冲区。 Vulkan甚至不需要窗口即可绘制（或者它可以实现而无需怪异的破解）。
• Vulkan是更干净，更常规的API。对我来说，这意味着更容易学习（尽管有其他东西）并且使用起来更令人满意。
• Vulkan采用二进制中间代码着色器。虽然OpenGL以前没有这么做。那应该意味着可以更快地编译此类代码。
• Vulkan具有移动GPU作为头等公民。没有更多ES。
• Vulkan具有开源和常规（GitHub）公共跟踪器。这意味着您无需经历麻烦就可以改善生态系统。例如。您可以改善\实施验证检查，以检查经常跳闸的错误。或者，您可以改进规范，这样对于那些不是内部人员的人确实有意义。

Answer 2

Vulkan在运行时行为方面确实具有四个主要优势：

• 降低CPU负载
• 可预测的CPU负载
• 更好的内存接口
• 可预测的内存负载

显着降低GPU负载并不是优势之一；使用这两个API的相同内容使用相同的GPU功能将具有非常相似的GPU性能。

在我看来，它在开发人员可用性方面也具有许多优势-程序员的模型比OpenGL干净得多，但是要达到“正常工作”阶段，学习曲线就更加陡峭。

让我们更详细地了解每个优点：

降低CPU负载

Vulkan中较低的CPU负载来自多个方面，但主要的方面是：

• API鼓励预先构造描述符，因此您不必在逐个绘制的基础上重建状态。
• API是异步的，因此可以将一些职责（例如跟踪资源依赖关系）移至应用程序。一个简单的应用程序实现与OpenGL一样慢，但是该应用程序具有更大的范围来应用高级算法优化，因为它可以知道如何使用资源以及资源与场景结构的关系。
• API将错误检出移至层驱动程序，因此发行版驱动程序尽可能精简。
• API鼓励多线程，这总是一个巨大的胜利（尤其是在移动设备上，例如，四个线程运行缓慢将比一个快速运行线程消耗更少的能量）。

可预测的CPU负载

OpenGL驱动程序执行各种“魔术”操作，以提高性能（基于仅在绘制时才知道的状态来指定着色器），或维护同步渲染错觉（在运行时创建资源重影以避免在运行时停滞管道）应用程序会修改仍由挂起命令引用的资源。

Vulkan的设计理念是“没有魔术”。当您需要时，您就能得到所要的东西。希望这意味着不会出现随机减速，因为驱动程序正在后台执行您不希望的操作。缺点是应用程序承担了做正确事情的责任；）

更好的内存接口

OpenGL设计的许多部分基于不同的CPU和GPU内存池，这些内存池需要一个编程模型，该模型为驱动程序提供足够的信息以使它们保持同步。大多数现代硬件在硬件支持的一致性协议上都可以做得更好，因此Vulkan启用了一个模型，您可以在其中映射一次缓冲区，然后对其进行即席修改并保证“其他进程”将看到更改。不再需要“ map” /“ unmap” /“ invalidate”开销（前提是平台支持一致的缓冲区，当然，它仍然不是通用的）。

第二，Vulkan分开了内存分配的概念和该内存的使用方式（内存视图）。这样可以将相同的内存回收用于帧管道中的不同对象，从而减少了需要分配的中间存储量。

可预测的内存负载

关于CPU性能的“无魔术”注释，Vulkan不会即时生成随机资源（例如，重影纹理）以隐藏应用程序问题。资源内存占用空间不再出现随机波动，但是应用程序必须再次承担起做正确事情的责任。