Vulkan

Vulkan on Khronos Groupin julkaisema ohjelmointirajapinta. Ennen ensimmäistä julkaisua on myös käytetty epävirallista termiä glNext tai OpenGL Next.

Vulkan on suunniteltu laajempaan käyttöön kuin aikaisempi OpenGL: rajapinta tukee muutakin käyttöä kuin tietokonegrafiikan ohjelmointirajapintana käyttöä. Muita tuettuja toimintoja ovat GPGPU-käyttöön tarkoitettu laskentakapasiteetti ilman näyttötoimintoa tai vastaavaa.

Vulkan on suunniteltu käytettäväksi grafiikkaprosessoreilla, digitaalisilla signaaliprosessoreilla sekä kiinteätoimisilla laitteilla.

Vulkan myös toimii lähempänä laitteistotasoa ja ajurit jättävät enemmän vastuuta sovelluskehittäjälle kuten tilaseurannan, muistihallinnan, synkronoinnin ja vikatilanteiden käsittelyn.

Historia 

Vulkan pohjautuu AMD:n Mantle-rajapintaan, jonka AMD lahjoitti Khronokselle uuden matalamman tason API:n kehityksen pohjaksi.

Vulkanin ensimmäinen versio 1.0 julkaistiin 16. helmikuuta 2016.

Vulkanin on tarkoitus tukea laajasti olemassa olevia alustoja, kuten Linux sekä Windows. Apple oli aluksi mukana mutta siirtyi sitten kehittämään omaa Metal-rajapintaansa. Microsoftin DirectX 12 tulee vain Windows 10:lle. MoltenVK on julkaistu Apache-lisenssillä macOS- ja iOS-alustoille: MoltenVK toimii kevyenä rajapintana Applen Metal-rajapinnan päällä.
Muun muassa Nintendo Switch on virallisesti sertifioitu Vulkanin kanssa yhteensopivaksi.

Vulkan tukee GPGPU-käyttöä nimellä Compute Pipeline.

Vulkan rajapintaan on ydinmäärittelyn lisäksi joukko rekisteröityjä laajennuksia, jotka nimetään tekijän tai kehittäjän mukaan. Laajennuksien on oltava tuettuja useimpien valmistajien laitteistoilla, oltava tehokkaita ja ratkaistava jokin todellinen ongelma.

Vulkan 1.1 
Maaliskuussa 2018 Khronos julkaisi määrittelystä version 1.1.

Syyskuussa 2018 julkaistu muistimalli (memory consistency model) kuvailee miten säikeet rinnakkaissuorituksessa voivat käsitellä jaettua dataa ja synkronoida keskenään. Malli sallii kääntäjille ja laitteistolle mahdollisuuden järjestää ja optimoida muistikäsittelyä.

Vulkan 1.2 
Tammikuussa 2020 Khronos julkaisi määrittelystä version 1.2.

Marraskuussa 2020 Khronos julkaisi Vulkan-, GLSL- ja SPIR-V -määrittelyitä koskevat laajennukset säteenseurantatuelle. Määrittelyn ennakkoversio julkaistiin maaliskuussa 2020. Tyypillinen käyttökohde on videopeleissä rasterointimenetelmän kanssa, jossa säteenseurannalla tuotetut varjot ja valaistus yhdistetään. Lisäksi tukea voi hyödyntää offline-renderöinnissä.

Huhtikuussa 2021 esiteltiin Vulkan Video -laajennus, joka on tarkoitettu laitteistokiihdytettyyn videokuvan käsittelyyn kuten purkuun ja pakkaukseen. Määrittely valmistui joulukuussa 2022.

Vulkan 1.3 
Tammikuussa 2022 julkaistu versio 1.3 siirtää eräitä valikoituja laajennuksia osaksi ydinmäärittelyä. Tavoitteena on vähentää ominaisuuksien fragmentoitumista, kun kehittäjillä ei ole selkeää kuvaa milloin tai mitkä laitteet tukevat eri ominaisuuksia.

Toiminnot 

Rajapinnan yhteydessä käytetään termejä isäntämuisti () ja laitemuisti (). Laitteen muistin hallinta ja liittäminen isäntämuistiin varattuun objektiin on sovelluksen tehtävä Vulkan-rajapinnassa. Korkeamman tason rajapinnat kuten OpenGL suorittavat läpinäkyvästi osan tästä muistihallinnasta.

Vulkan tukee monisäikeistä käsittelyä. Sen käyttämästä synkronoinnista käytetään termiä ulkoinen synkronointi (), jolloin on sovelluksen vastuulla varmistua ettei samaa objektia muokata useammasta säikeestä yhtä aikaa. Synkronointiin käytettäviä toimintoja ovat aidat (), tapahtumat () ja semaforit (). Lisäksi on esteitä (), joita voidaan käyttää suoritusesteinä (vkCmdPipelineBarrier) tai muistiesteinä (vkMemoryBarrier). Aikaisemmat rajapinnat kuten DirectX ja OpenGL ovat käsitelleet nämä taustalla, mutta Vulkan mahdollistaa suoran käsittelyn.

Rajapintaa käyttävä sovellus käynnistää yhden tai useamman instanssin (). Instanssiin voidaan liittää yksi tai useampi fyysinen laite, joita voidaan käyttää yhden tai useamman loogisen laitteen kautta. Loogisilla laitteilla on yksi tai useampi jono, joiden kautta komentoja käsitellään. Hierarkia on suunniteltu joustavuutta varten.

Diagnostiikkaa ja virheidenjäljitystä varten voidaan ottaa käyttöön lisätoimintoja kerroksittain (), joita julkaistavassa sovellusversiossa ei tarvita.

Vulkan Safety Critical 
Khronos on perustanut työryhmän kehittämään turvakriittisiin järjestelmiin suunnatun version Vulkan SC, joka korvaisi OpenGL SC:n. Version tavoitteena on tukea standardeja RTCA DO-178C, EASA ED-12C, FACE () ja ISO 26262. Version tavoitteena on tukea grafiikkaa ja laskentaa rajapinnan avulla.
Vulkan SC on arvioitu MISRA C -ohjeistuksen mukaiseksi.
Vulkan SC -määrittelyn versio 1.0 on julkaistu 1. maaliskuuta 2022.

Katso myös 
 Direct3D
 Mantle
 Metal
 OpenCL
 OpenGL

Lähteet

Aiheesta muualla 
 Khronos Releases Vulkan 1.0 Specification
 Vulkan 1.0.102 - A Specification
 Conformant Products

Ohjelmointirajapinnat