Vulkanished2021重要内容简介

新的Vulkan特性

1. fragment shading rate， 就是D3D中的VRS，这个骁龙888芯片已经支持了
2. Ray Tracing final spec
   1. 为了支持多种机型，拆成三个sub extensions
      1. VK_KHR_acceleration_structure
      2. VK_KHR_ray_tracing_pipeline
         1. 低端机型可以不用支持这个
      3. VK_KHR_ray_query
3. Video Encode/Decode Extension
4. 新的同步机制
   1. stage变多了，stage flag和access flag改为64位
   2. 使用一个数组替代原有的多个数组
      1. 将原有的VkSemaphore和VkPipelineStageFlags数组合并为一个VkSemaphoreSubmitInfoKHR数组
   3. 之前是用的一个pipeline stage，现在改为每个barrier使用一个（这个很合理）
   4. 在vkCmdSetEvent的时候指定pipeline barrier，而不是vkCmdWaitEvent
   5. 更简单的image layout transition
5. 提供办法可以调试出现device lost的情况
   1. 目前NVidia有AfterMath，这是要做一个统一各平台的方案么
6. 减少PSO创建的耗时
7. 简化RenderPass/Subpass的使用

Vulkan Layer系统

这部分主要讲之前一直都令人费解的Vulkan Layer系统。

整个Vulkan应用的架构是这样的，Vulkan Application直接和Vulkan Loader对话，通过Vulkan Loader获得统一的API。

对这些API的调用可以由Vulkan Layers来进行hook，可用来实现诸如validation, trace等功能。

1 Vulkan Override Layer

这是一个隐式元layer，用来控制其他layer的行为

1. 控制其他layer的执行顺序
2. 排除特定的layer
3. 根据特定应用选择是否覆写默认的layer设置

2 Vulkan Configurator

Vulkan Configurator是随Vulkan SDK附带的一个应用，它可以生成两个文件，用来控制Vulkan Loader的行为。

1. VkLayer_override.json，记录哪些layer的设置是需要覆写的
2. vk_layer_settings.txt，记录具体layer的设置
   layer的说明，包括其有哪些设置可以用，是放在vulkan layer manifest json文件中的

2.1 vk_layer_settings.txt

默认路径

1. windows：路径存在注册表HKEY_LOCAL_MACHINE或HKEY_CURRENT_USER的子项Software\Khronos\Vulkan\Settings中
   1. 这个路径还可以被VK_LAYER_SETTINGS_PATH环境变量的值覆盖
2. unix：路径为~/.local/share/vulkan/settings.d

2.2 VKLayer_override.json

记录哪些layer是需要强制排除的和哪些layer是需要强制打开的。

默认路径

1. windows：路径存在注册表HKEY_LOCAL_MACHINE或HKEY_CURRENT_USER的子项Software\Khronos\Vulkan\ImplicitLayers中
2. unix：路径为~/.local/share/vulkan/implicit_layer.d

这个文件是全局唯一的，但是可以控制只应用于特定的应用程序。

2.3 Vulkan Layer Manifest

Manifest描述了一个layer的元信息，利用这些信息可以组织Vulkan Configurator的UI，从而可以交互式地生成vk_layer_settings.txt设置文件

几个重要的值为

1. file_format_version：只有高于1.2.0的版本，才能被Vulkan Configurator使用
2. api_version：针对的是哪个版本的Vulkan
3. implementation_version：Layer自己的版本
4. layer：具体信息
5. layer.features.settings：存储设置元信息

其他的值可参考原文档

3 Helper C++ Vulkan Layer setting library

可以帮助Layer获得其需要的设置信息

Vulkan Synchronization

这个真是老生常谈的话题，足以见得同步在Vulkan中的使用之复杂。

1 同步类型

1.1 Execution Dependencies

两个GPU操作之间执行上的依赖关系

1.2 Memory Dependencies

除了执行上的依赖关系，还有内存依赖关系，体现在一个操作对内存的操作需要flush或invalidate之后另一个操作才能得到有效的数据

2 常见的同步错误

类型	全称	描述
RAW	read after write	同一个queue中的写和读没有同步
WAR	write after read	同一个queue中的读和写没有同步
WAW	write after write	同一个queue中的写和写没有同步
WRW	write racing write	不同queue或不同subpass中的写和写没有同步
RRW	read racing write	不同queue或不同subpass中的读和写没有同步

3 小同步：Pipeline Barrier

3.1 Execution Dependency Chains

如果前后两个barrier A和B，A的DstStage和B的SrcStage相同或A的DstStage比B的SrcStage晚（这里有些疑问），则两个构成一个Dependency Chain Pair。

同样的情况还发生于Barrier的DstStage和Semaphore的WaitStage相同的情形。

4 大同步：Semaphore and Fence

会同步之前所有提交的GPU命令的执行和访存

5 RenderPass隐藏的同步

1. LOAD_OP_DONT_CARE会有一个write操作
2. 光栅化的先后顺序是自动保证的
   1. AMD有扩展可以去掉这个顺序保证，可以提升性能
3. 在subpass内使用pipeline barrier必须是self dependency的
4. 内部的subpass dependency(srcSubpass和dstSubpass都不为EXTERNAL)不会影响外部的命令
5. implicit external subpass dependnecy只负责做layout transition，不会对同步有任何影响