Что лучше opengl или vulkan на андроид
Vulkan vs OpenGL ES на Android: почувствуйте разницу
Один из ведущих мировых производителей мобильных ГПУ, Imagination Technologies (ее PowerVR используются во всех последних чипсетах Apple, которые отличаются завидной стабильностью в производительности), продемонстрировала возможности интерфейса программирования Vulkan. Напомним, что он был анонсирован год назад, а полгода назад разработавший его консорциум Khronos объявил о поддержке Vulkan мобильными устройствами. Вчера стало известно о планируемом включении поддержки Vulkan в будущие версии Android, но на самом деле, при помощи специальных драйверов, разработанные под этот API приложения могут работать и на нынешней прошивке.
В качестве испытательного полигона выступила телеприставка Nexus Player. Она как раз работает под управлением Android и оснащена процессором Intel Atom со встроенным ГПУ PowerVR G6430 (такой же в процессоре Apple A7 у iPhone 5S).
Как мы уже рассказывали, главным достоинством низкоуровнего API Vulkan является прямой доступ к аппаратным ресурсам процессора и, как следствие, возможность распределения нагрузки ЦПУ между несколько его ядрами и увеличения скорости обработки ими вызовов отрисовки. До сих пор преимущество такого подхода демонстрировались на настольных системах (см. результаты бенчмарков Star Swarm и 3DMark API Overhead) — давайте посмотрим на возможности мобильной версии Vulkan. Слева вы видите рендеринг в режиме реального времени специализированного бенчмарка Gnome Horde, написанного с использованием API Vulkan, а справа — с использованием OpenGL ES 3.0:
Как видите, по мере увеличения объектов в сцене (и соответственно вызовов отрисовки, выполняемых ЦПУ), возможности 4-ядерного Intel Atom раскрываются в полной мере — благодаря Vulkan он вполне успешно справляется с отрисовкой 400 тысяч маленьких гномов и других объектов за одну секунду (13,500 вызовов отрисовки в одном кадре, на скорости 30 к/с).
Напомним, что в свое время низкоуровневую API Metal для своей мобильной операционной системы iOS (а позднее и для десктопной Mac OS X) представила Apple, тогда как Microsoft готовится к релизу мобильной версии Windows 10 (с поддержкой низкоуровнего API DirectX 12). Таким образом, все три основные мобильные платформы, Android, iOS и Windows, почти одновременно вступают в соперничество между поддерживаемыми ими низкоуровневыми API, позволяющими добиться более реалистичной графики в мобильных приложениях.
Насколько значительным будет прогресс непосредственно в играх предсказать сложно: пока результаты комплексных графических тестов (как десктопных, которые мы упоминали выше, так и мобильного GFXBench 3.0 Metal) существенно уступают специализированным. В конечном счете все будет зависеть от того, как много объектов (например, в виде разлетающихся при взрыве осколков) задействовано в игровой сцене. Можно предположить, что наиболее ощутимой разница будет в стратегиях вроде Total War: Attila, где на полях сражений самостоятельно (но под вашим чутким руководством) сражаются тысячи воинов.
OpenGL ES versus Vulkan, who is the performance king?
Methodology of the tests
At the moment, there is no easy way to test Vulkan versus OpenGL ES 3.1 on Android. My go to 3D engine Unreal Engine does not support the Android-24 API, so while Vulkan is technically supported, I was not able to get Vulkan working on my Nexus 6P to do this.
Instead, I will be using Nvidia’s samples for this article to test Vulkan, OpenGL ES 3.1 and OpenGL ES 2.0 on my desktop for performance tests and Unreal Engine for graphics comparisons between Vulkan on mobile with OpenGL ES 2.0, OpenGL ES 3.1. In the Nvidia tests the CPU and GPU usage will all be monitored and the graphics quality will be noted in the Unreal Engine tests. Let’s get started with graphics.
Graphics comparison
Compared to OpenGL ES 3.1, at least in Unreal Engine made for mobile, there is no difference in graphics. That being said, most games run in OpenGL ES 2,0, and there is a huge difference here, which you can see above. The problem with OpenGL ES 3.1 is that while the graphics look immensely better than OpenGL ES 2.0, the performance hit is so great that games are basically not playable, looking at the image above comparing OpenGL ES 2.0 and 3.1 on my Nexus 6P shows that the exact same scene runs at a third of the frames per second compared to OpenGL ES 2.0. This is where Vulkan comes in, offering at least the same in graphics quality, but with improved performance. So how does Vulkan do?
Performance comparison
Looking at the draw calls, Vulkan allows for a little more than 3 times the amount compared to OpenGL ES 3.1. A “draw call” is how many objects are being drawn on the screen at a time. Usually, you want this number to be lower, as performance can suffer, but in this case, the new API stomps all over ES 3.1 while still having a higher draw call.
Looking at the GPU usage while running these tests, it’s about the same, with about 20 percent GPU usage in Unreal Engine and 4 percent for the Nvidia test. OpenGL ES 3.1 used about an extra percent than its newer brother. While this is essentially nothing to my desktop, on a phone this could be a huge difference and we could see 10-20 percent GPU difference possibly. What is actually giving it better performance is the lower level control and relying on the developer more than the drivers to decide where your device’s resources go.
Looking at this data, Vulkan still will not perform as well as the lower graphics capable OpenGL ES 2.0, as Vulkan displays a lot more on screen and the scenes it can render are a lot more complex, but this is to be expected.
Imagination has also observed similar results in their tests. Showing that the CPU load is spread across the four cores and the FPS increases by quite a bit. This test really shows how well the new API works with multiple threads and how much it benefits from doing this.
What does this mean for Android?
This is an interesting question, as at the time of writing, there are only a few devices that are actually able to utilize Vulkan. While new flagship devices running Android 7.0 will most likely support Vulkan, it will take awhile for developers to integrate the new API into their games, especially since third party engines do not fully have Vulkan integrated for Android, like Unreal Engine. Or not at all, like Unity.
All of this will come with time, of course, but I would not hold my breath, as there are a few stars that need to be aligned before your device supports the new API. For reference, Vulkan will be supported on Snapdragon 8xx and up with Adreno 4xx GPUs and up and Exynos 5433, 7420 and 8890 and presumably everything proceeding those models. Once Vulkan is used correctly, games will see a massive jump in quality with very little to no penalties as the API and hardware advances over the years. This is definitely an exciting time to be a developer and gamer.
Wrap Up
Vulkan looks very promising for not just Android, but also for the desktop. The numbers do not lie, and Vulkan beats OpenGL ES 3.1 no problem. The real question is how fast will developers start implementing the new API in their games. As engines progress and development gets easier, I see no reason why not to.
Let us know in comments what you think of these results!
Vulkan API: что это такое и для чего он нужен в смартфоне
Причем не только у пользователей десктопов, но и в среде поклонников мобильных платформ.
В нашей статье мы вкратце проясним, что это такое вообще, для чего нужно, и почему без него не получится играть.
Что такое API
Мы все пользуемся этой непонятной штуковиной изо дня в день, причем большинство об этом даже не подозревает.
И правильно: ведь один из признаков хорошего программного продукта – отсутствие потребности разбираться, «как оно там работает».
В общем случае суть понятия API довольно-таки проста: это интерфейс или набор протоколов и спецификаций, позволяющий одной программе общаться с другой. Желательно, хотя и не гарантированно, без шаманских танцев с бубном.
В этом случае программа, для работы с которой создается API, выступает в роли некоего «черного ящика»: программисту не надо знать, как там что устроено, ему достаточно набора управляющих команд, на которые последует четко прописанная реакция.
Если говорить о компьютерной графике, то этот интерфейс позволяет «рисовать» на дисплее устройства с минимальными затратами времени программиста.
Все уже продумано и подготовлено, и чтобы получить результат, ему достаточно написать несколько строк кода, вместо «простыней».
Проблемы кроссплатформенности
Тот самый DirectX, о котором говорилось в начале статьи, при своем создании затачивался под вполне конкретную аппаратную и программную платформу. Если конкретнее – под Windows и x86.
Как результат – уже под Linux использовавшие ее игры шли только при посредстве молотка и какой-то матери использования любительских симуляторов с уровнем надежности «As is», т.е., «на свой страх и риск».
Однако к концу десятых такая ситуация была уже неприемлема, и Microsoft пришлось позаботиться о кроссплатформенности. В отличие от «мелкомягкого» API, Vulkan изначально создавался Khronos Group как кроссплатформенный интерфейс.
Этот консорциум еще ранее получил контроль над основным конкурентом DirectX, OpenGL, но развитие трехмерной графики требовало новых решений, свободных от «наследия» прежних лет, продиктованного необходимостью в совместимости.
Где используется Vulkan
На сегодняшний день версии данного API существуют практически для любой актуальной десктопной или мобильной платформы:
Помимо операционных систем, поддержка интерфейса имеется в большинстве современных движков, применяемых для создания игр, таких, как Unreal Engine, Unity, Quake Engine и десятка прочих.
Для пользователей старого «железа» стала неприятным сюрпризом необходимость в аппаратной поддержке новой технологии. Старые видеокарты были просто неспособны использовать Vulkan ни при каких условиях.
Как результат – многие новинки игр, даже при вроде бы приличной производительности системы, попросту не запускались. А некоторые из них стали «проблемными», начиная с определенных версий, как, например, No Man’s Sky.
А что в смартфонах?
В точности такая же картина, как и на десктопах: поддержка нового API заложена не только в самом Android, но и на аппаратном уровне. Графические процессоры чипсетов получили поддержку Vulkan начиная с 2016 года.
Поэтому к настоящему моменту все новые модели смартфонов совместимы с данным интерфейсом, так же как и с другими предназначенными для 3D графики API: OpenGL, OpenCL и DirectX.
Актуальной версией на момент написания статьи является 1.1.
Особо стоит отметить Apple, которая, как обычно, «особенная»: купертинцы активно продвигают в среде создателей мобильных игр собственную API под названием Metal.
Она появилась на год раньше Vulkan, поскольку уже тогда было ясно, что старые интерфейсы исчерпали свои возможности. Результаты использования новинки просто поражали: портированные старые игры получали увеличение производительности по сравнению с OpenGL до 10 раз!
Однако очевидно, что в современных условиях для подобного случая проприетарность – это путь в никуда.
В заключение
С точки зрения пользователя Vulkan не представляет никаких возможностей для непосредственного взаимодействия.
Либо он по умолчанию имеется, и даже знать о его присутствии не обязательно – либо (в случае старых девайсов), его нет, и ничего с этим не поделаешь.
Достаточно знать возможности своего устройства и требования игры, которую на нем предполагается запустить – и этого более чем достаточно.
Сравнительный тест DirectX 11, OpenGL и Vulkan
На минувшей неделе был представлен API Vulkan, о широкой поддержке которого заявили AMD и NVIDIA. Новый графический интерфейс разрабатывал Khronos Group, консорциум, основанный в 2000 году. Khronos Group отвечает за разработку и поддержку открытых стандартов в сфере мультимедийных приложений на разных платформах и устройствах. Консорциум поддерживают AMD и NVIDIA, а также многие другие компании.
На минувшей неделе была ратифицирована финальная версия 1.0 API Vulkan. AMD и NVIDIA представили соответствующие бета-драйверы. AMD заранее выпустила бета-версию Radeon Software еще 14 февраля. NVIDIA представила драйвер GeForce 356.39, который тоже ориентирован на поддержку API Vulkan.
Подход API Vulkan очень похож на API Mantle. Суть заключается в том, чтобы разработчики получили более глубокий доступ к «железу», чтобы выжать из него максимум. Такой подход позволяет максимально избежать существующих «узких мест». С другой стороны, разработчики должны точно знать, что они делают – например, при работе с памятью. Интерфейс OpenGL не так популярен, как DirectX, но позволяет выжать больше.
Интерфейс API Vulkan в версии 1.0 поддерживается под Windows 7, Windows 8.1, Windows 10, Android и Linux. Разработчики игр пока что не объявили о поддержки в конкретных играх, но здесь стоит дождаться Games Developer Conference, которая будет проводиться с 14 по 18 марта в Сан-Франциско. Из игровых движков пока есть информация о Source 2, который уже поддерживает API Vulkan. Процесс отладки облегчается поддержкой Valve, LunarG и Codeplay.
The Talos Principle
Хорошо, но какая игра или движок поддерживают API Vulkan? Игра The Talos Principle разрабатывалась компанией Croteam, которая и в прошлом была известна поддержкой многих графических API. И в последней итерации игра The Talos Principle не стала исключением – она поддерживает DirectX 9, DirectX 11, OpenGL и теперь Vulkan. Для студии разработчиков Vulkan является пробным шаром, хотя API Vulkan доступен в версии 1.0, поддержка пока находится в бета-стадии. На добавление поддержки разработчики Croteam затратили порядка трех месяцев. Но универсальный характер API позволяет вскоре представить вариант Linux.
API Vulkan теоретически совместим с несколькими платформами – но пока что тесты и сравнения можно провести только под Windows, причем здесь имеются свои ограничения. Реализация пока остается на очень раннем этапе. Путь рендеринга DirectX 11 совершенствовался многие годы, поэтому потенциала для оптимизации здесь уже нет. Здесь ситуация больше зависит от разработчиков драйверов, а именно AMD и NVIDIA. Игра The Talos Principle стала первой с поддержкой Vulkan. Поэтому пока нет возможности сделать сравнительный тест для оценки хорошей или плохой реализации поддержки.
Новые технологии первое время реализуются в примерах, подготовленных производителями. В случае DirectX 12 акцент был выставлен на Draw Calls, тот же тест 3DMark DirectX 12 опирается только на измерение производительности Draw Calls, игры DirectX 12, подобные Star Wars, тоже пытаются задействовать подобную нагрузку. Но The Talos Principle не так сильно зависит от высокой скорости Draw Call, чтобы низкоуровневый API дал большую разницу.
Поддержка API Vulkan версии 1.0 находится на ранней стадии, то же самое касается драйверов AMD и NVIDIA. Оба драйвера, по сути, относятся к бета-версиям, именно так их рассматривают производители GPU. Здесь обычно нет новых улучшений производительности или поддержки новых технологий, так что мы получаем шаг назад. Но как только определенный уровень разработки будет достигнут, драйверы обоих разработчиков GPU получат поддержку Vulkan в финальной версии. Когда это произойдет – не совсем понятно. Но пока ключевые приложения не используют Vulkan и игры с поддержкой API находятся в состоянии бета-версии, так что разработчики GPU могут спокойно дорабатывать свои драйверы.
Для тестов мы взяли нашу тестовую систему для видеокарт. Драйверы видеокарт AMD и NVIDIA мы уже описали выше. В настройках мы выставили максимальный уровень графики, но при этом протестировали и низкие разрешения вплоть до 1.280 x 720 пикселей, чтобы увеличить производительность Draw Call.
Как можно видеть по результатам, API Vulkan дает существенный прирост по сравнению с OpenGL. Но до производительности DirectX 11 новый API не дотягивает. Тому есть несколько причин. С одной стороны, разработка под Vulkan находится в ранней стадии. Это касается и самого API, и драйвера, и игры The Talos Principle. По сравнению с OpenGL новый интерфейс позволяет освободить часть ресурсов и избежать «узких мест». Но DirectX много лет совершенствовался до текущего уровня. В любом случае, потенциал у API Vulkan очень хороший.
Если погрузиться в детали, то визуальных отличий между API Vulkan и DirectX 11 мы не обнаружили. Так что путь рендеринга очень хорошо адаптирован. У текущей реализации The Talos Principle видеокарты с 2 Гбайт памяти получают падение производительности, вероятно, из-за не самой эффективной работы с памятью. Как и Mantle и DirectX 12, API Vulkan может обращаться к ресурсам памяти на более глубоком уровне – сей факт можно рассматривать как преимущество, но он может стать и недостатком, если разработчики не смогут эффективно использовать память.
Несколько разочаровала ошибка в текущем драйвере NVIDIA, из-за которой после каждого теста приходилось перезагружать систему. Без перезагрузки игра «вылетала». Хотя с драйвером AMD мы не обнаруживали подобной ошибки.
Нынешняя реализация API Vulkan кажется обещающей. Пока что для игр на настольных ПК она будет не такой актуальной, поскольку рынок DirectX 11 и 12 очень велик, и по сравнению с тем же DirectX 12 затраты на реализацию могут быть слишком велики, а отдача слишком мала. Но если игры необходимо запускать на разных платформах с разными аппаратными требованиями, Vulkan может сыграть важную роль. В любом случае, следует дождаться реакции со стороны разработчиков игр, иначе мы получаем проблему курицы и яйца, из которой сложно выйти.
Opengl 4.* или vulkan?
Это вообще разные вещи.
Нужно отличать изучение API, от изучения технологии. Если вы хотите выучить просто API, учите что угодно, ибо разницу заметите только, когда поймёте основы, базу.
OpenGL проектировался когда были другие архитектуры железа. Мультипроцессорность была только в теории, и считалась уделом суперкомпьютеров и ненужной для пользовательских ПК.
Можно привести аналогию: OpenGL == C++, Vulkan == асинхронный Assembler + hardware threads. Например, в C++ сейчас довольно много архитектурных косяков, которые пытаются решить новыми стандартами, объявляют какие вещи устаревшими, потому что они концептуально неверны и не подходят под современные реалии.
Но, при этом, вы можете всё то же самое написать на ассемблере, но нужно намного лучше понимать, как работает процессор и ОС, самому писать примитивы синхронизации, и т. п.
Для этих же целей и создавался вулкан. Для программирования на нём, нужно знать все тонкости железки, читать кучи пейперов от той же НВидии, исследовать, придумывать новые фичи для современных архитектур с нуля, которые изначально были придуманы в OpenGL, но для старого железа.
Т. е. на Вулкане нужно делать больше руками, больше оптимизировать. Вместо одного вызова функции OpenGL, на вулкане придётся несколько сотен строк написать. При этом, если вы не понимаете какой-то одной тонкости, вы сделаете менее эффективнее то, что изначально было хорошо реализовано в OpenGL. К тому же, OpenGL умеет выбрасывать ошибки, в случае, когда вы где-то накосячили. Вулкан же их не выбрасывает, он полагается на то, что вы уже знаете как этим пользоваться. Точно так же, как ассемблер просто меняет состояние регистров, у него нет понятия ошибки. Как интерпретировать эти регистры, зависит от того, насколько хорошо разработчик читал мануал к процессору.
В итоге, я бы ответил так:
Если вы будете заниматься графикой как наукой, дико задротить а-ля Кармак в студенчестве с его движками, что-то исследовать, писать какие-то гениальные алгоритмы, защищать на этом диссертации, публиковать их, рассказывать потом на конференции, как вы круто справились с какой-то насущной задачей, повысили производительность, то тогда учите Vulkan. Vulkan — это именно про графику как технологию, про производительность, про инжиниринг и архитектурный дизайн, а не про API и само программирование. С вулканом придётся больше сидеть с диаграммами, документациями и строить архитектуру, придумывать методы взаимодействия частей этой архитектуры, синхронизации состояний, нежели писать код.
Если же вы пишете простые прикладные вещи, которым нужно показать какую-то графику, то учите OpenGL. Здесь вы учите только API, соглашаясь с уже готовым, слегка устаревшим, архитектурным дизайном.
Если хотите писать игры не мирового класса, то учите готовые движки, Unity или Unreal. Они уже поддерживают за вас Vulkan, продумали за вас API и архитектуру.