Vulkan和PowerVR Series8XE的作用及在生活中的用途

在今年初舉辦的GDC 2018大會(huì)上，我們推出了最新的圖形技術(shù)演示Demo，重點(diǎn)介紹了PowerVR Series8XE系列GPU。盡管PowerVR Series8XE系列GPU高度集成尺寸小巧的設(shè)計(jì)，但從項(xiàng)目之初我們就準(zhǔn)備展示其強(qiáng)大功能，這一系列集成豐富的內(nèi)核，比如PowerVR GE8300（4pixels/clock，64 FLOPS/clock）和PowerVR GE8100（1pixel/clock，32FLOPS/clock）。這對(duì)于那些成本敏感的市場(chǎng)具有非常大的吸引力，因?yàn)樵谶@些領(lǐng)域傳統(tǒng)上普遍認(rèn)為不可能執(zhí)行高端模擬和效果，然而有了Vulkan和我們Rogue架構(gòu)的結(jié)合我們才能夠顛覆一成不變的傳統(tǒng)。市場(chǎng)上采用這一系列內(nèi)核的設(shè)備包括Acer Iconia One 10、Lenovo Tab7 Essential平板電腦、HTC Desire 12和華為Honor Play 7智能手機(jī)，自動(dòng)駕駛領(lǐng)域包括瑞薩 R-Car D3系統(tǒng)等。

Rogue Swarm demo雖然很小但是非常的重要，它很好的展示了這些小型化集成了Vulkan?1.1標(biāo)準(zhǔn)的GPU能實(shí)現(xiàn)的一系列功能，精彩的場(chǎng)景包括高能量的太空船在小行星帶高速飛行，領(lǐng)先的大飛船被一群較小的敵艦追趕，它們甚至發(fā)射激光來(lái)阻止領(lǐng)先的大飛船逃走，整個(gè)Demo都是動(dòng)態(tài)的，比如小行星、追逐的飛船以及激光等，每個(gè)場(chǎng)景都略有不同。

展示Vulkan的功能

這個(gè)demo從圖形技術(shù)到計(jì)算性能都充分利用了Vulkan。追逐領(lǐng)先飛船的艦隊(duì)都是模擬場(chǎng)景的一部分，這其中包括主要的飛船、小行星和激光束。這個(gè)模擬場(chǎng)景采用的是集群算法，不僅能夠讓飛船成群結(jié)隊(duì)的飛行，而且還能模擬它們進(jìn)行激光射擊，避免彼此發(fā)生碰撞以及躲避小行星。

所有這些元素都是GPU上高速?gòu)?fù)雜的Vulkan著色器計(jì)算出來(lái)的，在Vulkan中它用作每幀執(zhí)行命令的緩沖區(qū)，并更新模擬場(chǎng)景中各種元素的位置。命令緩沖區(qū)不會(huì)逐幀的發(fā)生更改，因此能夠充分利用Vulkan預(yù)先記錄在緩沖區(qū)內(nèi)的命令，并根據(jù)更新后的輸入變量一遍又一遍的執(zhí)行。在之前這種模擬場(chǎng)景不得不在CPU上運(yùn)行，而且僅限于高端平臺(tái)。借助Vulkan現(xiàn)在可以在GPU上以極高的效率運(yùn)行這些高級(jí)的仿真場(chǎng)景，從而可以提高應(yīng)用程序的性能并降低CPU的開(kāi)銷(xiāo)，這無(wú)疑顯現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。

在場(chǎng)景渲染方面，當(dāng)GPU更新模擬場(chǎng)景后就會(huì)開(kāi)始渲染每幀場(chǎng)景中的各種元素，飛船的網(wǎng)格數(shù)據(jù)只會(huì)被提交一次，實(shí)例化渲染特性會(huì)根據(jù)場(chǎng)景的需要?jiǎng)?chuàng)建盡可能多的飛行敵艦，材質(zhì)都根據(jù)大小進(jìn)行了優(yōu)化，并且使用PVRTC工具進(jìn)行了壓縮，從而保證應(yīng)用程序的帶寬要求盡可能的低。比如我們內(nèi)部藝術(shù)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的深度空間背景，它實(shí)際上是一個(gè)令人難以置信的高質(zhì)量的立方體貼圖材質(zhì)。

說(shuō)到藝術(shù)，我們認(rèn)為這是使得這個(gè)demo如此引人注目的一個(gè)重要因素，我們團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的飛船、行星和背景不僅采用了先進(jìn)的圖形技術(shù)同時(shí)也結(jié)合了藝術(shù)特色。這有力的證明了即使小型的GPU也能夠運(yùn)行一些視覺(jué)上令人印象深刻的應(yīng)用。

開(kāi)發(fā)

我們開(kāi)發(fā)采用的具體設(shè)備是Acer Iconia One 10 FHD，它是一款非常小型的平板電腦，集成了PowerVR GE8300 GPU，尺寸是10.1英寸以及1920 x 1200分辨率的顯示屏。

在開(kāi)發(fā)早期階段，我們充分利用了Imagination SDK，從而在很短的時(shí)間內(nèi)讓測(cè)試程序在設(shè)備上運(yùn)行。SDK包括OpenGL ES和Vulkan示例應(yīng)用程序，我們充分利用了Vulkan-Compute粒子模擬，而且將其作為代碼庫(kù)。

最初我們專(zhuān)注于在Vulkan計(jì)算著色器中創(chuàng)建集群算法，并將數(shù)據(jù)傳遞給渲染管道，這種方法的一大好處就是模擬場(chǎng)景在整個(gè)渲染過(guò)程中都保留在GPU內(nèi)存中，從而進(jìn)一步降低了帶寬，使得這種方法成為那些成本敏感應(yīng)用的理想選擇。

借助這些工作我們能夠?qū)Ｗ⒂谡{(diào)整計(jì)算性能和分片著色器的性能，我們的SDK ShaderEditor工具可以用于脫機(jī)狀態(tài)下的分析，PVRTune工具可以用來(lái)進(jìn)行設(shè)備性能指標(biāo)檢測(cè)和分析。這些工具非常的有用，PVRTune還能夠在非root用戶(hù)設(shè)備上工作，這與其他供應(yīng)商提供的類(lèi)似工具不同，使得其成為在真實(shí)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用制造商的理想選擇。

隨著大部分功能特性的實(shí)現(xiàn)，我們的藝術(shù)團(tuán)隊(duì)才能夠設(shè)計(jì)出令人驚嘆的場(chǎng)景，使得我們的demo能夠脫穎而出。高分辨率的行星、小行星材質(zhì)和網(wǎng)格都是我們內(nèi)部團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的，并且借助SDK PVRTexTool工具進(jìn)行了壓縮處理，這款工具能夠幫助移動(dòng)開(kāi)發(fā)人員輕松的完成材質(zhì)壓縮操作，支持各種格式，當(dāng)然也包括我們的PVRTC。

我們對(duì)于最終的demo效果感到非常的自豪，而且我們收到了來(lái)自GDC 18大會(huì)上開(kāi)發(fā)人員大量的反饋?，F(xiàn)在我們已經(jīng)可以在PowerVR GE8100平臺(tái)上運(yùn)行這款應(yīng)用，支持的設(shè)備包括HTC Desire 12、華為Honor Play 7和Ulefone Armour X等。這個(gè)demo在這些設(shè)備上運(yùn)行的很好，具有非常高的幀率且非常的流暢?，F(xiàn)在我們?cè)赟eries8XE的基礎(chǔ)上推出了更加先進(jìn)的PowerVR Series 9XE系列GPU。這些內(nèi)核被我們的很多半導(dǎo)體制造商合作伙伴所采用，并將很快進(jìn)入到消費(fèi)電子產(chǎn)品中，結(jié)合對(duì)Vulkan的全面支持意味著像Rogue Swarm這樣出色的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多。