PowerVR架構(gòu)能快速支持最新的技術(shù)，Vulkan API便是實(shí)證。Vulkan是一款現(xiàn)代的API，使開發(fā)人員能夠獲得底層圖像硬件的“低級(jí)”訪問(wèn)權(quán)限，確保硬件性能的最大化。

任何需要顯示大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序（如導(dǎo)航軟件）便是Vulkan的絕佳使用案例。導(dǎo)航應(yīng)用程序需要大量的后臺(tái)處理，使大量的相關(guān)信息盡可能以較高的幀速率進(jìn)行渲染。在這里，我將詳細(xì)介紹最新的衛(wèi)星導(dǎo)航演示系統(tǒng)，我將闡述其如何利用Vulkan圖像API、對(duì)比Vulkan與OpenGL ES的性能、闡釋為何PowerVR適合運(yùn)行這類使用了現(xiàn)代圖像API（如Vulkan）的程序。

Vulkan and OpenGL ES

首先，讓我們先回顧Vulkan和OpenGL ES之間的差異。與OpenGL ES相比，Vulkan基本上設(shè)計(jì)有完全和明確的控制，其中包括對(duì)多線程分布工作負(fù)載的嚴(yán)格控制。

GPU資源可以在一個(gè)線程上分配，而其他GPU可以同步在另一個(gè)線程上工作。此外， OpenGL ES是調(diào)用GPU命令，并隨后立即執(zhí)行；而在Vulkan中，命令則“記錄”在命令緩沖區(qū)(基本上只是一個(gè)指令列表)。隨后，整個(gè)命令緩沖區(qū)將提交給GPU用于渲染。這種結(jié)構(gòu)意味著，對(duì)于開發(fā)人員而言，命令提交是完全可預(yù)測(cè)的。當(dāng)渲染命令發(fā)送至GPU時(shí)，他們可以準(zhǔn)確控制，而這與OGLES恰恰相反。在OGLES中，有些GPU命令在調(diào)用時(shí)不會(huì)執(zhí)行，而是在渲染循環(huán)中的其他任意點(diǎn)執(zhí)行——超出了開發(fā)人員的控制范圍。更為關(guān)鍵的是，假設(shè)內(nèi)容不變，命令緩沖區(qū)在每幀渲染時(shí)會(huì)被再次使用。這樣，每一幀它們都將被再次記錄，并再次提交。OpenGL ES中則不存在這種構(gòu)造。

此外，命令緩沖區(qū)可以由多個(gè)二級(jí)緩沖區(qū)構(gòu)成，使這部分圖像工作負(fù)載在每幀被再次記錄時(shí)可以得到很好地控制。記錄一次后則只剩下靜態(tài)緩沖區(qū)，動(dòng)態(tài)緩沖區(qū)則在所要求的時(shí)間間隔內(nèi)被再次記錄。這個(gè)間隔通常為一幀,但也不一定。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的架構(gòu)

現(xiàn)在的問(wèn)題是，這如何映射到衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用程序中？對(duì)于我們的衛(wèi)星導(dǎo)航演示系統(tǒng)，我們使用來(lái)自O(shè)penStreetMap.org的映射數(shù)據(jù)，這樣便能夠查詢指定貼圖區(qū)域內(nèi)所有映射元素的數(shù)據(jù)庫(kù)。這是一種常見且直觀的處理數(shù)據(jù)的方式，十分適合Vulkan，因?yàn)檫@意味著，我們可以將每個(gè)貼圖所有的渲染命令記錄至自己的命令緩沖區(qū)中。由于映射數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)不會(huì)改變，因此只需要處理一次。

攝像機(jī)掠過(guò)映射圖時(shí)，我們需要在新貼圖中進(jìn)行定期加載，但應(yīng)用程序又需要保持響應(yīng)——我們無(wú)法停止主線程。有了Vulkan，便可以在新貼圖中分配GPU資源，并在單獨(dú)的工作線程中記錄其命令緩沖區(qū)，且不用分配主線程，這樣便可以在輸入中進(jìn)行渲染和響應(yīng)。對(duì)于這個(gè)應(yīng)用程序，有一個(gè)額外的工作線程便足矣，但如果我們有需要，可以一次生成多個(gè)線程來(lái)處理更多的貼圖。這甚至可以動(dòng)態(tài)地?cái)U(kuò)展，基于有多少CPU資源可以使用，或者設(shè)備功率是否需要被管理。這些在OpenGL ES中是非常重大的，但卻是Vulkan設(shè)計(jì)中最基本的部分。

正如貼圖可見，其又可以不可見，這意味著命令緩沖區(qū)將被釋放。當(dāng)貼圖可見時(shí)，并非是解除分配和再次分配，而是在從命令池對(duì)象中預(yù)分配一組緩沖，再?gòu)倪@組緩沖中，對(duì)使用過(guò)的緩沖進(jìn)行循環(huán)，這樣便可以降低應(yīng)用程序的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配成本。

PowerVR

相比先前的API，Vulkan使PowerVR可以以更高的效率處理這些任務(wù)。作為基于貼圖的延遲渲染器(TBDR)，我們的硬件能夠充分利用所需的信息進(jìn)行預(yù)渲染。Vulkan使用“渲染通道”結(jié)構(gòu)(由包含命令緩沖區(qū)的子通道組成)來(lái)定義渲染工作。相比單個(gè)的繪制調(diào)用，這更像基于貼圖的渲染器所使用的基本工作單元。這些結(jié)構(gòu)于貼圖器而言也很便利，因?yàn)樗鼈兛梢苑乐乖诶L制調(diào)用之間出現(xiàn)幀沖刷，不然，則需要對(duì)貼圖進(jìn)行多次渲染。為更深入地了解這層含義及PowerVR架構(gòu)如何與Vulkan有效合作，請(qǐng)閱讀托拜厄斯·赫克托所撰寫的文章。

PowerVR SDK關(guān)鍵詞

Vulkan編寫的這款應(yīng)用程序使用了PowerVR SDK，這表示，生成OpenGL ES版則非常簡(jiǎn)單。SDK反映了Vulkan API架構(gòu)，但對(duì)底層API進(jìn)行了抽象化，所以相同的代碼只適用于Vulkan和OpenGL ES。唯一重大的變更便是描述符集(OpenGL ES沒(méi)有這些概念)，且將GPU資源分配到主線程中。此外，使用SDK也意味著，在所有的平臺(tái)上（Android、Windows和Linux），相同的代碼僅僅只是工作，不會(huì)制造麻煩。

性能對(duì)比

讓我們將Vulkan和OpenGL ES的演示進(jìn)行對(duì)比。以下視頻和圖像都是在基于Android的Nexus Player上運(yùn)行所生成的——一款包含了PowerVR G6430 GPU的消費(fèi)設(shè)備。從視頻中可以看出，Vulkan應(yīng)用不斷呈現(xiàn)更高的幀率，加載新貼圖時(shí)性能也未出現(xiàn)明顯下降。相反，在OpenGL ES中，基本幀率則較低，因?yàn)樾枰龃罅康墓ぷ鱽?lái)告訴GPU每幀的任務(wù)是什么。同時(shí)，加載新內(nèi)容時(shí)還會(huì)出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)的情況，因?yàn)橹骶€程必須中斷后分配GPU資源。

映射數(shù)據(jù)由? OpenStreetMap貢獻(xiàn)。這些數(shù)據(jù)在開放數(shù)據(jù)庫(kù)許可時(shí)可用。

看看上述的性能圖。Vulkan運(yùn)行的幀速率十分穩(wěn)固，為每秒60幀(FPS)，且CPU使用率一直很低——平均不到30%。而OpenGL ES如預(yù)期一般，一旦加載所有的內(nèi)容，幀速率便在24FPS和27FPS之間徘徊，且總體CPU使用率更高，甚至有一個(gè)內(nèi)核完全是超負(fù)荷運(yùn)行。因此，很顯然，相同的工作負(fù)載，Vulkan的性能要優(yōu)于OpenGL ES。

總結(jié)

雖然OpenGL ES仍有許多有效的用例，但Vulkan才是更適于處理渲染衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用等任務(wù)的API，且PowerVR可以將效率最大化。Vulkan融入了現(xiàn)代的設(shè)計(jì)理念，如多線程等，當(dāng)頻繁讀取新的動(dòng)態(tài)映射數(shù)據(jù)時(shí)，這一點(diǎn)尤為重要，其不會(huì)干擾主線程，因而可以更自由地渲染內(nèi)容，同時(shí)又可以保持一個(gè)交互式的幀速率。這只是Vulkan配以PowerVR TBDR架構(gòu)的一個(gè)案例，在這個(gè)例子中，開發(fā)人員最充分地發(fā)揮了其應(yīng)用程序的性能。

英文鏈接：https://www.imgtec.com/blog/vulkan-3d-satnav-app-powervr/