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| 原作者 | AMD、DICE（オリジナルのMantleデザイン） |
|---|---|
| 開発者 | Khronos グループ(寄贈および派生版、Vulkan として) |
| 初回リリース | 2016年2月16日[1] |
| 安定版リリース | 1.3.302 [2]
/ 2024年11月21日 |
| リポジトリ |
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| 書かれた | C [3] |
| オペレーティング·システム | Android、Linux、Haiku、Fuchsia、BSD Unix、[4] QNX、[5] Windows、Nintendo Switch、[6] [7] [8] Stadia、Tizen、[9] [10] Raspberry Pi、[11] vxWorks、[12] HarmonyOS、OpenHarmony |
| タイプ | 3Dグラフィックスと計算API [13] |
| ライセンス | Apacheライセンス2.0とMIT [14] |
| Webサイト | バルカン |
Vulkanは、低レベルでオーバーヘッドの少ない クロスプラットフォーム APIであり、3Dグラフィックスとコンピューティングのオープンスタンダードです。[15] [16] [17] OpenGLの欠点を補い、開発者がGPUをより細かく制御できるようにすることを目的としていました。さまざまなGPU、CPU、オペレーティングシステムをサポートするように設計されており、最新のマルチコアCPUでも動作するように設計されています。
概要
Vulkan は、ビデオ ゲームやインタラクティブ メディアなどの高性能リアルタイム 3D グラフィック アプリケーションや、高度に並列化されたコンピューティングを対象としています。Vulkan は、古いOpenGLやDirect3D 11 API と比較して、より高いパフォーマンスとより効率的なCPUおよびGPU の使用を実現することを目的としています。これは、古い API よりもかなり低レベルの API をアプリケーションに提供することで実現され、最新の GPU の動作に非常に似ています。
Vulkanは、 Appleの Metal APIやMicrosoftの Direct3D 12に匹敵します。CPU使用率が低いことに加え、Vulkanは開発者が複数のCPUコア間で作業をより適切に分散できるように設計されています。[18]
Vulkanは、非営利団体のKhronos GroupによってGDC 2015で初めて発表されました。 [13] [19] [20] Vulkan APIは当初、Khronosによって「次世代OpenGLイニシアチブ」または「OpenGL next」[21]と呼ばれていましたが、「Vulkan」が発表された時点でこれらの名前の使用は中止されました。[22]
VulkanはAMDのMantle APIのコンポーネントから派生し、その上に構築されています。Mantle APIはAMDからKhronosに寄贈され、業界全体で標準化できる低レベルAPIの開発を開始するための基盤をKhronosに提供することを目的としています。[13]
特徴
Vulkanは、他のAPIやその前身であるOpenGLに比べてさまざまな利点を提供することを目的としています。Vulkanは、オーバーヘッドが少なく、GPUをより直接的に制御し、CPU使用率が低いという特長があります。[20] Vulkanの全体的なコンセプトと機能セットは、 Mantleで見られ、後にMicrosoftのDirect3D 12やAppleのMetalで採用されたコンセプトに似ています。
以前の世代の API と比較した Vulkan の利点は次のとおりです。
クロスプラットフォーム
Vulkanは複数の最新オペレーティングシステムとアーキテクチャで利用可能であり[要出典]、デスクトップとモバイルグラフィックデバイスの両方に単一のAPIを提供しますが、以前はそれぞれOpenGLとOpenGL ESに分割されていました。OpenGLと同様に、Direct3D 12とは対照的に、Vulkan APIは単一のOSまたはデバイスフォームファクタにロックされていません。Vulkanは、Android 、 Linux 、 BSD Unix、QNX、Haiku、[ 23 ] Nintendo Switch、 Raspberry Pi、Stadia、Fuchsia、Tizen、Windows 7、8、10、11でネイティブに動作します。MoltenVK は、 AppleのMetal APIをラップすることで、macOS、iOS、tvOS向けの無料ライセンスのサードパーティサポートを提供します。 [27 ]
CPU使用率が低い
Vulkanはバッチ処理やその他の低レベルの最適化によってCPUの負荷を軽減し、CPUの負荷を軽減して、CPUが本来実行可能な以上の計算やレンダリングを実行できるようにします。[28] [29]
マルチスレッド対応設計
Direct3D 11とOpenGL 4は、当初はシングルコアCPU用に設計され、マルチコアで実行できるように拡張されただけだった。アプリケーション開発者が拡張を使用しても、これらのAPIはマルチコアではうまくスケーリングされないことが多い。Vulkanは、最新のスレッドアーキテクチャにより、マルチコアCPUでのスケーラビリティが向上している。[30] [31]
プリコンパイルされたシェーダー
OpenGL はシェーダーの記述に高水準言語GLSL を使用するため、各 OpenGL ドライバは GLSL 用の独自のコンパイラを実装する必要があります。これはアプリケーション実行時に実行され、プログラムのシェーダーを GPU のマシン コードに変換します。対照的に、Vulkan ドライバは、Direct3DでHLSLシェーダーがコンパイルされるバイナリ形式に類似した、 SPIR-V (Standard Portable Intermediate Representation)と呼ばれる中間バイナリ形式に既に変換されたシェーダーを取り込むことになっています。シェーダーの事前コンパイルを可能にすることで、アプリケーションの初期化速度が向上し、シーンごとにより多様なシェーダーを使用できます。Vulkan ドライバは GPU 固有の最適化とコード生成のみを実行する必要があるため、ドライバのメンテナンスが容易になり、ドライバ パッケージが小さくなる可能性があります。[32]シェーダーがソース コードとして直接保存されないため、アプリケーションの開発者は独自のシェーダー コードをより簡単に難読化できるようになりましたが、SPIR-V を人間が読める高水準コードに逆コンパイルできるツールが提供されています。[31] [17]
その他
- Vulkan はコンピューティング カーネルとグラフィカルシェーダーの統合管理を提供するため、グラフィックス APIと組み合わせて別のコンピューティング API を使用する必要がなくなります。
- レイトレーシングは、ベンダー間の拡張機能のセットで提供されており、これらはOptiXおよびDirectXレイトレーシングAPIに類似しています。[33] OpenGLではそのような機能は公開されていません。
- H.264やH.265などのデコードおよびエンコード用のビデオ アクセラレーション。
OpenGL 対 Vulkan
2016年にNVIDIAは「OpenGLはVulkanよりも複雑さとメンテナンスの負担がはるかに少なく、多くの場合、全体的なパフォーマンスが優れているため、多くのユースケースにとって依然として優れた選択肢です」と述べました。[35]
AMDは、「Vulkanはメタルに近い制御をサポートし、Windows 7、Windows 8.1、Windows 10、Linuxでより高速なパフォーマンスと優れた画質を実現します。OSの互換性、レンダリング機能、ハードウェア効率の強力な組み合わせを提供するグラフィックAPIは他にありません」と述べています。[36]
バージョン
バルカン 1.0
Vulkan 1.0 は 2016 年 2 月にリリースされました。
バルカン 1.1
SIGGRAPH 2016で、クロノスはVulkanがDirect3D 12で提供されているものと同様の自動マルチGPU機能のサポートを取得することを発表しました。[37] APIに含まれるマルチGPUサポートにより、グラフィックスカードが同じモデルである必要があるSLIまたはCrossfireが不要になります。代わりに、APIマルチGPUにより、APIは2つ以上の完全に異なるGPU間でワークロードをインテリジェントに分割できます。 [38]たとえば、CPUに含まれる統合GPUをハイエンドの専用GPUと組み合わせて使用すると、パフォーマンスがわずかに向上します。
2018年3月7日、クロノスグループによってVulkan 1.1がリリースされました。[39]このAPIの最初のメジャーアップデートでは、マルチビュー、デバイスグループ、クロスプロセスおよびクロスAPI共有、高度なコンピューティング機能、HLSLサポート、YCbCrサポートなど、いくつかの拡張機能が標準化されました。[40]同時に、DirectX 12との互換性の向上、明示的なマルチGPUサポート、レイトレーシングサポートももたらされました。 [41] [42]次世代GPUの基礎が築かれました。[43] Vulkan 1.1と並行して、SPIR-Vがバージョン1.3にアップデートされました。[40]
バルカン 1.2
2020年1月15日、クロノスグループからVulkan 1.2 [44]がリリースされました。 [45]この2回目のメジャーAPIアップデートでは、一般的に使用されている実績のあるVulkan拡張機能23個がベースVulkan標準に統合されています。最も重要な機能には、「簡単に管理できる同期のためのタイムラインセマフォ」、「異なるスレッドでの同期とメモリ操作のセマンティクスを正確に定義する正式なメモリモデル」、「複数のシェーダーによる記述子レイアウトの再利用を可能にする記述子インデックス」などがあります。Vulkan 1.2の追加機能により、「ユニフォームバッファ標準レイアウト」、「スカラーブロックレイアウト」、「個別のステンシル使用」など、Vulkan上に他のグラフィックスAPIを実装する際の柔軟性が向上します。[46]
バルカン 1.3
2022年1月25日、クロノスグループによってVulkan 1.3がリリースされました。[47]このAPIの3回目のメジャーアップデートでは、一般的に使用されている実績のある23のVulkan拡張機能がベースのVulkan標準に統合されています。[48] Vulkan 1.3では、デバイスがVulkan 1.3対応であると見なされるために新機能をオプションではないようにすることで、断片化を減らすことに重点を置いています。[47] [49] Vulkan 1.3の新機能には、動的レンダリング、追加の動的状態、改善された同期API、デバイスプロファイルが含まれます。
予定されている機能
OpenCL 2.2をリリースした際、クロノスグループは、OpenCLが可能な限りVulkanと統合され、両方のAPIでOpenCLソフトウェアの展開の柔軟性を実現すると発表しました。[50] [51]これは、AdobeのPremiere Rushがclspv [52]オープンソースコンパイラを使用して大量のOpenCL Cカーネルコードをコンパイルし、Androidに展開するためのVulkanランタイムで実行することで実証されました。[53]
歴史
クロノスグループは、2014年7月にValveでのキックオフミーティングで次世代グラフィックスAPIを作成するプロジェクトを開始しました。[54] SIGGRAPH 2014では、参加者を募集するとともにプロジェクトが公表されました。[13]
米国特許商標庁によると、Vulkanの商標は2015年2月19日に申請された。[55]
VulkanはGame Developers Conference 2015で正式に命名され発表されたが、それ以前にも新しいAPIに関する憶測や噂が存在し、「 glNext 」と呼ばれていた。[56]
2015
2015年初頭、LunarG（Valveの資金提供）は、オープンソースのMesaドライバーが同年後半までOpenGL 4.0と完全に互換性がなかったにもかかわらず、HD 4000シリーズの統合グラフィックスでVulkan互換性を実現したIntel用のLinuxドライバーを開発し、公開した。[57] [58] Sandy BridgeはDirect3D11を介してコンピューティングをサポートしているため、サポートされる 可能性はまだ残っている[59] 。
2015年8月10日、GoogleはAndroidの将来のバージョンでVulkanをサポートすると発表した。[60] Android 7.x「Nougat」は2016年8月22日にVulkanのサポートを開始した。Android 8.0「Oreo」は完全にサポートしている。
2015年12月18日、クロノスグループは、Vulkan仕様のバージョン1.0がほぼ完成しており、準拠したドライバーが利用可能になり次第リリースされる予定であると発表しました。[20]
2016
完全なVulkan仕様とオープンソースのVulkan SDKは2016年2月16日にリリースされました。[1]
2018
2018年2月26日、クロノス・グループは、Vulkan APIがMoltenVKライブラリを通じてmacOSとiOSで誰でも利用できるようになり、VulkanをMetal上で実行できるようになったと発表した。[61]その他の新しい開発はSIGGRAPH 2018で発表された。 [62]以前はMoltenVKはプロプライエタリで商用ライセンスのソリューションだったが、Valveは開発者のBrenwill Workshop Ltdと契約を結び、Apache 2.0ライセンスの下でMoltenVKをオープンソース化し、その結果ライブラリがGitHubで利用できるようになった。Valveはまた、2018年2月26日時点で、MoltenVKをベースにしたVulkan APIを使用してDota 2がmacOSで実行できるようになったと発表した。 [63]
2019
2019年2月25日、Vulkan Safety Critical（SC）ワーキンググループが発表され、安全性が重要な業界にVulkan GPUアクセラレーションを導入することが発表されました。[64]
GoogleのストリーミングクラウドゲームサービスStadiaは、 AMD GPUを搭載したLinuxベースのサーバーでVulkanを使用しました。[65]
2020
2020 年 1 月 15 日に Vulkan 1.2 がリリースされました。
Vulkan 1.2のリリースに合わせて、Khronosグループはブログ記事を投稿し、MicrosoftのDXCコンパイラとKhronosのglslangコンパイラの改善、およびHLSLサポートを強化するVulkan 1.2の新機能を考慮して、VulkanのHLSLサポートが「製品版対応」の状態に達したと考えた。[66]
2020年2月3日、ラズベリーパイ財団は、人気のシングルボードコンピュータであるラズベリーパイ用のオープンソースのVulkanドライバに取り組んでいることを発表しました。 [67] 2020年6月20日、グラフィックエンジニアは、2年間の作業を経て、この小型コンピュータでVkQuake3を100FPS以上で実行できるドライバを作成したことを明らかにしました。[68]
2020年3月17日、クロノスグループは、Nvidiaの独自の拡張機能をベースに、いくつかの主要な拡張機能と多くの小さな変更を加えたレイトレーシング拡張機能をリリースしました。これは、NvidiaのOptiX APIに基づいています。 [69] [70] 2020年11月23日、これらのレイトレーシング拡張機能が完成しました。[71]
2020年11月24日、Raspberry Pi Foundationは、 Raspberry Pi 4用のドライバーがVulkan 1.0に準拠していることを発表しました。[72]
2022
2022年1月25日にVulkan 1.3がリリースされました。
2022年3月1日にはVulkan SC 1.0がリリースされ、Vulkan 1.2標準をベースにしながら、安全性が重視される業界向けにVulkanグラフィックスおよびコンピューティングが導入されました。[73]
2022年8月1日、Raspberry Pi Foundationは、 Raspberry Pi 4用のドライバーがVulkan 1.2に準拠していることを発表しました。[74]
2022年9月1日にVulkan用のメッシュシェーディングがリリースされました。[75] [76]
2024
新しいVulkanロードマップは1月25日に発表されました。[77] AV1ビデオをデコードするための新しい拡張機能は2月1日にリリースされました。 [78]
ベンダー間のサポート
vulkaninfo。サポートされている Vulkan インスタンスに関する情報とvkcube、システム上で Vulkan 実装をテストするプログラムを示しています。当初の仕様では、VulkanドライバはOpenGL ES 3.1またはOpenGL 4.x以降をサポートするあらゆるハードウェアに実装できるとされていました。[79] Vulkanのサポートには新しいグラフィックスドライバが必要なので、必ずしもOpenGL ES 3.1またはOpenGL 4.xをサポートする既存のすべてのデバイスでVulkanドライバが利用可能になるわけではありません。
インテル
2023年3月現在、IntelはVulkanドライバのサポートをWindows [80]とLinux [81]に分割しています。すべてのドライバはIntelによって開発されています。
Windowsでは、SkylakeからIce LakeはVulkan 1.3までサポートしていますが、[82] 2022年7月以降はセキュリティ修正のみをカバーするアップデートとなるため、サポートは限定的です。[80] Iris Xe以降は2023年3月時点で完全にサポートされています。[83]
Linuxでは、2023年3月現在、Haswellに対するVulkanのサポートは不完全であり[84]、 Vulkan 1.0に準拠していません。[85] Haswell以外にも、Ivy BridgeとBroadwellは、 MesaのHASVKと呼ばれるレガシーVulkanドライバーによってサポートされています。[81] Skylake以降は、MesaのANVと呼ばれるドライバーによってサポートされています。[81]
アム
Windowsでは、Vulkan 1.2はGCN 1.0からGCN 3.0までサポートされており、[86] [87] [88] 2021年6月以降は更新の予定はありません。[89] GCN 4.0以降はVulkan 1.3をサポートしています。[90]
Linuxには、ハードウェアサポートが異なり重複するさまざまなVulkanドライバーがあります。AMDが開発したAMDVLKと呼ばれるオープンソースのVulkanドライバーがあり、Windowsのサポートを反映しています。[91] AMDGPU-PROと呼ばれる独自のドライバーもありますが、2023年3月現在、ほとんどのユーザーには使用が推奨されていません。[92]
Mesaには、Valve、Red Hat、[93] Google [94]などが開発したRADVと呼ばれる推奨ドライバもあります。このドライバは、2023年3月現在、すべてのGCNおよびRDNAカードをサポートしています。[95]このRADVドライバのGCN 1.0からGCN 2.0のサポートには、amdgpuカーネルモジュールでの実験的なサポートを有効にする必要があります。[96]
NVIDIA
WindowsとLinuxには、NVIDIAが開発したVulkanドライバーがあり、KeplerカードでVulkan 1.2をサポートしています[97]。 2021年9月以降は更新が予定されていません。[98] Maxwell以降はVulkan 1.3をサポートしています。[99]
NVKは、 nouveauをベースにしたLinux用の実験的なオープンソースVulkanドライバーであり、2022年10月に発表されました。[100] 2023年8月にメインラインMesaに統合されました。 [101]このドライバーは現在Vulkan 1.3をサポートしています。[102]
Android とモバイル GPU
最近のAndroidデバイスのほとんどはVulkanをサポートしています。Android 7.0 NougatにはオプションのVulkan 1.0サポートが含まれており、[103] Android 9.0 PieにはオプションのVulkan 1.1サポートが含まれており、Android 10ではすべての非低メモリ64ビットデバイスがVulkan 1.1をサポートすることを期待しています（必須ではありません）。[104] [105] [106] Android 13は、同じ条件でVulkan 1.3のサポートを期待しています。[107] Linuxと一部のChromeOSデバイスでは、オープンソースのMesaドライバーがArm Mali（MidgardとBifrost）、Qualcomm Adreno、Broadcom VideoCore VIハードウェアのサポートを提供します。[108]
りんご
2022年6月現在、AppleデバイスはVulkan APIのネイティブサポートを提供していません。[109] VulkanサポートはオープンソースライブラリMoltenVKを介して利用可能であり、iOSおよびmacOSデバイスで提供されるMetalグラフィックスAPIの上にVulkan実装を提供しますが、特定の高度なAPI機能に関してはいくつかの制限があります。[27]
2022年6月、Vulkanバージョン1.3.217でMetalオブジェクトのサポートが追加され、2つのAPI間のインポートとエクスポートが容易になりました。[110] 2022年12月、Vulkanバージョン1.3.236でApple Metalとのやり取りに関する小さな修正が追加されました。[111]
ファーウェイとOpenAtom財団
2023年8月現在、HuaweiはHarmonyOS 4.0 API 10以降、業界標準のSPIR-Vシェーダーを使用したネイティブVulkan NAPIのサポートを提供し、HarmonyOS NEXTシステムに拡張しています。これは、 OpenAtomのコンソーシアムオープンソースプロジェクトであるOpenHarmonyの拡張機能として採用されており、システム用の新しいグラフィックスタックであるArkGraphics 3Dソフトウェアエンジンは、カスタムグラフィックパイプライン機能で、以前は独自のHarmonyOS NEXT開発キット専用だったOpenHarmony 5.0ベータ1で最近2024年5月からオープンソース化されています。[112]
下位互換性
VulkanはOpenGLと下位互換性がありませんが[ 113] [17] [注1]、 GoogleのANGLEやMesaのZinkなど、Vulkan上にOpenGLを実装したプロジェクトもいくつかあります。 [114]
Vulkan はDirect3D、Metal、Mantleなどの他のグラフィック API とも互換性がありませんが、これらの API の実装は Vulkan 上に存在します。
- Direct3Dには、Direct3D 8、9、10、11 用のDXVKや、Direct3D 12 サポート用の VKD3D-Proton など、多数の実装があります。その他の古いバージョンの Direct3D は、 Wineなどの他の関連ソフトウェアで有効にできる場合があります。
- Metal には、 Darling 互換性レイヤーで使用することを目的とした Indium という開発中のサードパーティ実装があります。
- Mantle には、古い Mantle ゲームをサポートするために、GRVK というサードパーティ実装が開発中です。
Vulkan 上に実装されたプラットフォーム固有のグラフィック API は、代替プラットフォームでも実行できる可能性があります。たとえば、DXVK は、ゲームの移植を支援するために、 Linuxでネイティブ ( Wine 互換性レイヤーなし) で使用することを目的とした代替共有ライブラリを提供します。
参照
注記
- ^ グラフィックス レンダリング パイプラインを設定するプロセスは、OpenGL [ES] のものとそれほど変わりません。たとえば、GLSL で記述されたシェーダーは再利用できます。ソース コードは、スタンドアロン コンパイラによって SPIR-V と呼ばれる新しい中間バイナリ形式にコンパイル/変換され、その後 Vulkan API で使用できます。
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さらに読む
- Vulkan プログラミング ガイド: Vulkan (OpenGL) を学ぶための公式ガイド、2016 年 11 月 10 日、Graham Sellers および John Kessenich 著、ISBN 978-0-1344-64541
- Learning Vulkan、2016年12月、Parminder Singh著、ISBN 978-1-78646-980-9
- コンピュータグラフィックスと Vulkan API 入門、2017 年 7 月 1 日、Kenwright 著、ISBN 978-1-5486-16175
- Vulkan Cookbook、2017 年 4 月 28 日、Pawel Lapinski 著ISBN 978-1-7864-68154
外部リンク
- 公式サイト