与对手共享？寒霜3引擎开发者Mantle解析 _ 游民星空 GamerSky.com

gamersky

　　AMD虽然在这一代仅发布了一款新GPU核心，却带来了一个足以震撼PC游戏界的全新理念。通过像游戏机那样直接控制硬件，减少系统中间层，来充分发挥GPU性能。足够好的理想，如果不能变成成品那永远是理想。尽管之前说的全平台导入Mantle这一预计被索尼和微软否掉了，但我们还是看到了PC上的《战地4》Mantle版没有停止开发，并且称在年底会与大家见面。

　　在没有看到成品，大家还在期盼的同时，AMD开发者峰会在美国圣何塞会议中心召开了。会议的游戏图形阶段，EA方面的寒霜引擎开发技术指导Johan Andersson主持了名为「Mantle for Developers」的讲演。日本游戏媒体4gamer.net发布了一篇对此的报导，我们将此文予以编译，看看从支持Mantle的游戏开发商的角度，Mantle的当下、和前景是什么样的。

　　AMD在美国召开的开发者峰会「AMD Developer Summit 2013」（以下简称APU13）上，对GCN架构Radeon专用的独家图形API「Mantle」进行了详细说明。在此之前的R9 290、280等系列评测中我们也向大家简要介绍过。

Johan Andersson （EA DICE，寒霜引擎技术指导）

　　大会的第三天，即北美时间2013年11月13日，重点转向了关于游戏的图形运用，举行了名为「Mantle for Developers」的讲演。本文主要说的就是这一方面的内容。

　　主持讲演的是EA DICE技术指导Johan Andersson。负责寒霜3引擎的开发，本次通过《战地4》（以下简称BF4），从对Mantle支持的立场，对Mantle的优势与可能性进行解说。

EA准备令15款作品支持Mantle

　　Andersson说，Mantle版BF4以12月下旬发布为目标，现在正在开发进行中。实现方式是将PlayStation 4的渲染引擎装载进Mantle中。开发时间实际上仅有两个月。

　　但是，「由于需要更深层的优化与多GPU的支持，且要将PC版的图形要素全部加入，因此绝对不是PS4版的移植」。

　　与BF4同样使用寒霜3引擎的《植物大战僵尸：花园战争》也正在向Mantle移植中。这款游戏并非面向高性能独立显卡使用，而是以APU为对象，以逼近高配置PC的图形效果为方向进行开发。

　　另外除EA DICE之外，Electronic Arts公司（以下简称EA）旗下其他工作室负责的游戏，已经确定有15款以对Mantle的支持为前提进行开发。比如《极品飞车18：宿敌》 《龙腾世纪：审判》 《境之边缘》系列的新作与《星球大战》的新作，还有《质量效应》系列等，都准备支持Mantle。

《植物大战僵尸》支持Mantle，目标是APU流畅运行

不限于EA DICE，EA公司各工作室共计15款作品都准备支持Mantle

文章内容导航

  • 第1页：EA将推出15款游戏支持Mantle
  • 第2页：绕开繁琐传输机制缩短延迟
  • 第3页：实现高度并行？
  • 第4页：成败由其他厂商的支持与否决定？

　　Andersson这次要说的并不是这些游戏作品，而是要谈谈Mantle到底能做什么。所谓「通过特定的架构，弱化虚拟层，以达到直接控制GPU」的Mantle，具体是怎么实现的，就有必要进行一番了解了。事实上Andersson也是从这开始谈起的。

　　目前PC上使用的的DirectX（Direct 3D）和OpenGL图形API，是以不同厂商（目前主流的AMD/ATI、nVidia、Intel，更多的已经成为历史的如S3、3Dfx、3DLabs、Matrox等等）制造的不同架构GPU为对象开发的。使用这些API进行开发，目的是同样的应用程序最终得到同样的运行结果（性能上先不论）。

　　这些API登场的90年代，是很多半导体制造商独自架构的GPU投入市场，百家争鸣的年代。因此要在不同架构间的差异之上，让所有的GPU都能有同样的图形表现，这一「稳定兼容」的保证，造就了这些图形API。从显卡的角度上看，也就是一款显卡需要「支持DirectX」「支持OpenGL」，才能保证可以运行市面上的应用。

　　从游戏（应用程序）角度来看，DirectX与OpenGL这些API就像黑盒，即只知道外部接口，内部是不为所知的。

　　为了实现稳定兼容、弱化硬件架构差异，因而使用了复杂的硬件抽象层。由此一来，从应用程序的角度来看，DirectX或者OpenGL就像是黑盒一般的存在。

　　然而这种做法虽然取得了很好的通用性，但一个弊端就是，硬件本来所持有的，即原生的性能无发完全发挥。Andersson指出：「现在的DirectX和OpenGL，即便是在搭载多核心CPU的电脑上，向GPU传送指令和数据时，多核心的优势也得不到发挥」。

在这里有必要简要说明一下游戏图形的描绘过程：

　　——应用程序呼出DirectX或OpenGL的API 　　——API将标记「让GPU处理」的指令存储至内存中称为「指令缓存」的一个区域。 　　——图形驱动程序将这些命令依次发送至GPU 　　——根据驱动程序发送的顺序，GPU依次执行

　　这里面重要的一点是，DirectX或OpenGL的情况下，对「指令缓存」的管理并不是由应用程序，而是由API执行。于是DirectX或OpenGL，则一直在改善着处理「指令缓存」时多核心CPU的充分利用。

　　然而API与应用程序的线程管理是完全脱离开的，应用程序方面无法做到完全并行的细化控制。相反，一些场合还会出现应用程序的执行线程与API相冲突，进而造成的就是处理延迟。Andersson指出的「多核心优势得不到发挥」就是指的这一点。

　　上面幻灯片显示了DirectX与OpenGL「并行处理的局限」。核心数虽多，「Render（渲染）」进程仅能由「CPU 1」进行处理。

　　因此Mantle将性能最大化的路径，就在于与DirectX或OpenGL不同的方法。Mantle的「指令缓存」管理设计为，不经由指令缓存，由应用程序直接向GPU发送指令。

　　这样一来，各CPU线程拥有独自的指令缓存，可以依次向GPU传送。由此一来，多核心的执行效率得到提高，到达GPU的延迟缩短，结果就是硬件的性能得到充分的发挥。

Mantle的情况：指令缓存控制自身实现每个CPU核心并行化处理，提高了处理效率

文章内容导航

　　现在的GPU不仅有图形渲染功能，还具备GPGPU（通用计算）、显存与系统内存之间的传输处理「DMA」（Direct Memory Access）的执行部分。这些执行部分，毫无疑问同样是通过指令缓存所存储的指令来执行的。

现代GPU包含图形渲染（图形）与GPGPU（运算）、DMA这些功能

Mantle的GPU处理优化，是通过CPU方面应用程序的协调运作实现的

　　Mantle实现了让应用程序管理指令缓存，不再需要中间层，应用程序可以直接控制GPU的各执行部分运作。「GPU的运作将变得与黑盒式的DirectX或OpenGL大大不同」，Andersson这样描述道。

　　有了Mantle，应用程序则可以实现「某一图形渲染工作正在执行的其间，DMA得到命令，将下一个渲染所需要的数据从系统内存传输至显存」这样的协调动作，也就是减少了等待时间。

　　再或者，GPGPU方面一边运算光照，着色器则同时生成阴影，最终两方面的结果加以合成，这样也可是可以做到的。

协调工作优化的实例。这里图形方面处理渲染的途中，DMA方面复制接下来需要的数据

其他的优化实例。GPGPU方面处理光照，同时图形方面处理阴影

　　可能有人觉得GPGPU理应是用作图形以外的用途，作为图形使用这一点比较奇怪。但这正是 PlayStation 4与Xbox One这一代游戏主机在游戏图形上所使用的手段。寒霜3引擎就使用了这一模式，利用GPGPU处理culling与后期效果。

　　回到Mantle。Andersson称，应用程序获得了控制图形渲染与GPGPU、DMA的各执行部分的权限，为了使应用程序可以做到适宜地覆盖并行处理，Mantle「对渲染管线进行了革新」。

　　通过Mantle，可以实现GPGPU进行几何处理与栅格化，与图形渲染同时协调工作，这是至今为止无法实现的。

　　比如，有了Mantle，可以通过GPGPU执行几何处理与光栅化处理，仅将最后的像素着色任务交给着色器，这样的话就可以得到相当实用的处理速度。

　　具体的，Mantle可以在游戏图形中处理庞大的顶点数据「点云（point cloud）」或皮克斯在CG动画爱用的「微多边形化（其实就是曲面细分？）」手法。也就是说，Mantle可以实现不需要三角形（多边形）网格3D模型的游戏图形。

　　PlayStation 3游戏图形流行利用Cell CPU内的协处理器进行特殊的顶点着色，这一类似通用计算的手法，Mantle使用起来也是毫无问题的。将不需要描绘的多边形进行废弃的culling操作、判定可否遮蔽的「Occlusion Query（遮蔽探査）」这些任务，可以通过GPGPU进行处理。

　　这样一来，GPGPU与着色器并用的手法，达到了GPU与CPU充分利用，「支持Mantle的应用程序中，可能会实现全新的渲染机制」，Andersson对此表示期待。

文章内容导航

　　Mantle现在仅在Windows环境下提供。因为Mantle目标硬件为PC，Windows作为PC游戏大量占有的平台，被优先支持也是理所当然的。

　　不过Andersson希望Mantle也在其他的平台上展开。具体的对象，Andersson称，希望既有Linux与Mac OS，也有Android等移动操作系统。

　　Andersson说，假设Mantle支持了Linux，Valve计划的基于Linux的游戏机「Steam Machine」的存在就变得非常有意思。另外，移动设备上，他主张，「正因为绝对性能较低，Mantle更具存在意义」。

Andersson主张将Mantle覆盖面扩张至Linux、Mac OS，以及移动平台

Andersson指出，Mantle的普及需要多家厂商的参与，言外之意就是NVIDIA的参与是必要的

　　先不说PC上运行的Linux，这是少数群体。在移动设备领域上，AMD还没有涉足，单单要求AMD一家推进Mantle是很困难的。若要实现Mantle向移动设备推进，需要与涉及SoC的其他图形厂商携手共进才行。

　　AMD Mantle首席架构师、原ATi图形开发人员、《无冬之夜》《F.E.A.R》系列开发参与者 Guennadi Riguer。

　　在前几天的APU13上，AMD Mantle首席架构师、明星编程师Guennadi Riguer称，「NVIDIA等GPU竞争对手在技术上也可以参加『Mantle计划』」。

　　Andersson也基于此，主张：「从现代的GPU架构上来看，其他制造商的GPU也可以导入Mantle框架」，「希望所有的GPU都能实现通过Mantle的控制」。

　　9月份Mantle发布，从这一时间可以看出，AMD想借PS4、Xbox One所采用GCN架构GPU这一优势，将Mantle推至两大主机使用。然而发布一个月之后，尽管得到游戏开发者群体良好的回应，但对于Mantle今后能否形成一股势力，却并不是非常乐观。

　　在Mantle上，AMD现在似乎在期待顶尖游戏工作室的明星编程师、NVIDIA等其他的GPU制造商（Intel、移动平台的PowerVR、高通等）的回应和建议。但要得到这些支援，AMD亟需一些动作让他们看到（Mantle的实物，至少是雏形）。不过，很快了不是么？

编辑结语：

　　与大家之前看到的一些论调不同，从Andersson的话中，AMD并没有希望借Mantle给NVIDIA等竞争对手予以重击，而是侧重于GPU性能的挖掘。不是商人的姿态，这次的AMD更像是一个忠实的开发者。当然不排除意识到不能闭门造车，开放才会有希望而转变态度的可能。总之不论过程怎样，现在看来，Mantle似乎又将成为一个共享的产品或是方案。

　　不过这里有一个前后矛盾的地方，就是在「共享」这一实现上，Mantle本来是基于对应的专用硬件进行将中间层「瘦身化」的产物。如果做到令多家GPU架构共用，那么又会像DirectX类的API一样臃肿起来，也就违背了Mantle的初衷。

　　或许AMD想让其他厂商参与的只是这一个模式，而非最终成品。那么届时会有对应Radeon的Mantle，对应Geforce的Mantle等。这样一来，GPU厂商众则就是以各自的自家高效API来替代DirectX的Direct 3D部分。尽管Direct 3D不是DirectX的全部，但作为DirectX重要的部分，与微软之间出现竞争是不可避免的。同时出现多套互斥的API之后（同一款PC游戏就会有至少3套），对游戏开发者的压力也会几倍地增长。预算拮据的游戏厂商可能会由于无法推出对应全部显卡的游戏，而出现旗下某款游戏仅支持某家显卡而不支持其他显卡的情况。从各方面考虑，目前Mantle站的并不是很稳。

　　总之在第一款Mantle游戏没有推出之前，一切都是纸上谈兵。待到基于这款API的游戏真正登场，然后Mantle是将继续成为话题，还是「就没有然后」了呢，我们拭目以待。

文章内容导航