向全新渲染API问好！

好吧，我们有一些令人兴奋的消息与大家分享。今天早些时候，Khronos Group批准了Vulkan 1.0 规范。这款全新API不仅满足了我上面提到的期望，同时也为全球各地开发人员和图形工程师带来了巨大的，全新的可能性。这款全新API源自于AMD Mantle API，并且经过业界IHV和ISV专家进一步调整，成为独树一帜的图形API。举例来说，为了减少冗余调用，以及渲染管线气泡产生（经常导致帧速率产生离奇的波动）的可能性，3D应用程序无需再为每帧画面进行上千次API调用。相反，通过利用新的工具，如命令缓冲，3D应用程序有望提前制备相关数据，只需进行一次调用即可。

多线程渲染就在此地

                 Vulkan问世之前的线程模型

                      Vulkan线程模型

制备（Baking）是一个有趣的概念，但是如果进程被限制在一个特定的线程当，就很容易变成性能瓶颈，幸运的是，借助Vulkan，应用程序不再被限制在单线程渲染环境中，它们无需再被迫执行昂贵的线程间同步。借助这款全新API，应用程序可以自由地从它们想要的任何线程当中发送API调用，只要它遵循对象访问同步要求即可。换句话说，Vulkan已经在其规范当中清楚地说明，CPU可以同时运行的线程越多，GPU就可以更快地开始绘制帧 - 只要Vulkan应用程序在所有可用的CPU核心当中分配制备过程。

在API中提供多线程支持，只是硬币的一面。Vulkan在GPU上也推出了类似的概念。借助AMD GCN架构和新的API，开发人员获得直接访问GPU能力，可以将GPU工作分配到不同的命令队列。这意味着你可以有一个队列负责物理运算工作，而另外一个队列在进行光栅化工作。我之前已经提到，保持GPU始终处于繁忙状态，有助于避免产生所谓的管线气泡 -这对实现最佳渲染性能是至关重要的。

调整运行时的验证程度

还应当强调的是，Vulkan API是明确的，这意味着每个API调用发出所需的验证量被减少到最低限度。例如，如果你的应用程序有一个大胆的举动，尝试使用一个已经释放的对象，或者试图发出一个规范不允许的绘制调用，没准GPU就会崩溃或挂起。该API设计师们深知在这种新设计当中应用程序是多么容易犯这样的错误，但他们也知道验证每帧对API的调用是否正确，要花费多少时间。为了调和这两个世界，设计者设计了验证层，可以在Runtime当中选择启用，类似于GL_ARB_debug_output，该信息通过回调传递，可以提供有关关键错误的信息 – 可以作为提升性能的潜在途径 - 或者干脆提供一个警告，该应用程序不符合规范。这意味着结果可能会根据不同的平台有所不同。

Renderpasses

我在前面提到Vulkan API在设计时考虑到千差万别的不同硬件架构。针对这一要求，Vulkan API特别引入了renderpasses这一新概念。renderpass是一种方法，它允许应用程序和驱动程序进行通讯，告诉驱动程序渲染过程将如何进行。驱动程序被事先告知图像要被访问的部分（无论是读取还是修改），以及访问发生的时间和渲染执行的顺序。所有这些信息允许驱动程序推迟缓存刷新，直到真正需要刷新的时刻，也允许驱动程序重新安排渲染过程，让非重叠的渲染彼此交织，在给定的硬件架构和功能上获得最大性能。但是，renderpasse最重要的特性之一是，应用程序现在可以清楚地说明它计划花费的帧时间数量。这个信息需要被制备 - 一旦建立，就可以不被修改。这种限制就为驱动程序级别优化开辟了全新世界，以前的API无法带来这种优化。AMD驱动程序架构师GrahamSellers将在他的Vulkan文章当中详述这种功能。

谈到优化，我们不能忘记那些由驱动程序透明地执行的优化。许多硬件架构支持专有无损的压缩格式，减少输入数据大小，而不影响图像质量。这减少了带宽压力，同时提升性能。以前的API当中，这样的“琐事”细节对开发人员隐藏，因此这有时会导致驱动程序会误判应用程序打算做的事情，对数据进行不必要的压缩和解压缩。开发者没有简单的方法来避免这些情况，因为命令已在每帧的基础上提交了那里，驱动程序根本没有办法知道下一个命令是什么，它只能进行有效的猜测！在Vulkan API当中，这种情况已经不复存在。开发者现在必须“照料”图像数据在所谓“图像布局”当中的转换，它涉及到图像被转换到布局之后的操作。同时，布局可以（但不必）对应于指定情况下图像数据的硬件最佳表示。在某些架构当中，该转换过程将要被转换为NOP指令，但在其它架构当中，它们会导致实际的操作。这又是我们建议您始终在开发时使用验证层的一个理由。

Vulkan当中引入的另一个重要特点是SPIR-V，为计算和图形着色引入的一种二进制中间语言。因为过去没有可参考的GLSL编译器，每个硬件供应商不得不以它自己的方式来达成这一目标，这往往导致到一个畸形着色，在供应商A的驱动程序当中可以成功编译，但供应商B的硬件却拒绝编译。SPIR-V通过采用二进制格式解决了这个问题，和GLSL相比，二进制格式无需考虑不同厂商的不同硬件，也不会被规范误判。它的指令集是通用的，所有的GPU架构均可以对其支持，并且驱动程序在转换SPIR-V表现到硬件IL之时，可以对其应用针对特定硬件的优化。SPIR-V的另一个特点是混淆支持，类似于在比较C和其对等物时发生的状况。最后，SPIR-V编译速度更快，因为驱动程序不再需要解析着色器的文字表述。

当然，Khronos不期望任何人采用SPIR-V操作码编写着色程代码。值得庆幸的是，这些都早已不复存在。 Khronos推荐了一个特殊的工具，叫做glslangvalidator，它提供了一种方法，可以将GLSL着色转换成SPIR-V。这款工具程序可以很容易地集成到开发者的创作管线当中，以打造SPIR-V Blob，作为前置或后置步骤，也可以静态链接到开发者的产品当中，在运行时当中执行转换过程。