ग्राफ़िक्स डेटा और शेडर कैलकुलेशन के न्यूमेरिक फ़ॉर्मैट का आपके गेम की परफ़ॉर्मेंस पर काफ़ी असर पड़ सकता है.
सबसे सही फ़ॉर्मैट से ये काम किए जा सकते हैं:
- जीपीयू कैश मेमोरी के इस्तेमाल को ज़्यादा असरदार बनाना
- मेमोरी बैंडविड्थ की खपत कम करना, जिससे बैटरी की बचत होती है और परफ़ॉर्मेंस बेहतर होती है
- शेडर प्रोग्राम में कंप्यूटेशनल थ्रूपुट को बढ़ाना
- अपने गेम के लिए, सीपीयू रैम का इस्तेमाल कम से कम करना
फ़्लोटिंग पॉइंट फ़ॉर्मैट
मॉडर्न 3D ग्राफ़िक्स में ज़्यादातर कैलकुलेशन और डेटा के लिए, फ़्लोटिंग पॉइंट नंबर का इस्तेमाल किया जाता है. Android पर Vulkan, 32 या 16 बिट साइज़ वाले फ़्लोटिंग पॉइंट नंबर का इस्तेमाल करता है. आम तौर पर, 32-बिट वाले फ़्लोटिंग पॉइंट नंबर को सिंगल प्रिसिज़न या फ़ुल प्रिसिज़न कहा जाता है. वहीं, 16-बिट वाले फ़्लोटिंग पॉइंट नंबर को हाफ़ प्रिसिज़न कहा जाता है.
Vulkan, 64-बिट फ़्लोटिंग पॉइंट टाइप तय करता है. हालांकि, Android पर Vulkan डिवाइसों में आम तौर पर इस टाइप का इस्तेमाल नहीं किया जाता. साथ ही, इसका इस्तेमाल करने का सुझाव नहीं दिया जाता. 64-बिट वाले फ़्लोटिंग पॉइंट नंबर को आम तौर पर डबल प्रिसिज़न कहा जाता है.
इंटिज़र फ़ॉर्मैट
डेटा और कैलकुलेशन के लिए, साइन किए गए और साइन नहीं किए गए इंटीजर नंबर का भी इस्तेमाल किया जाता है. इंटिजर का स्टैंडर्ड साइज़ 32 बिट होता है. अन्य बिट साइज़ के लिए सहायता, डिवाइस पर निर्भर करती है. Android पर काम करने वाले Vulkan डिवाइस, आम तौर पर 16-बिट और 8-बिट वाले इंटीजर के साथ काम करते हैं. Vulkan, 64-बिट के पूर्णांक टाइप को तय करता है. हालांकि, Android पर Vulkan डिवाइसों में आम तौर पर इस टाइप का इस्तेमाल नहीं किया जा सकता. इसलिए, इसका इस्तेमाल करने का सुझाव नहीं दिया जाता.
हाफ़-प्रिसिज़न का खराब व्यवहार
आधुनिक जीपीयू आर्किटेक्चर, दो 16-बिट वैल्यू को 32-बिट पेयर में जोड़ते हैं और उन निर्देशों को लागू करते हैं जो पेयर पर काम करते हैं. बेहतर परफ़ॉर्मेंस के लिए, स्केलर 16-बिट फ़्लोट वैरिएबल का इस्तेमाल करने से बचें. डेटा को दो या चार एलिमेंट वाले वेक्टर में वेक्टर करें. शेडर कंपाइलर, वेक्टर ऑपरेशन में स्केलर वैल्यू का इस्तेमाल कर सकता है. हालांकि, अगर स्केलर को ऑप्टिमाइज़ करने के लिए कंपाइलर का इस्तेमाल किया जाता है, तो वेक्टर बनाने की पुष्टि करने के लिए कंपाइलर आउटपुट की जांच करें.
32-बिट और 16-बिट&#ndash;प्रिसिज़न फ़्लोटिंग पॉइंट में और उससे कन्वर्ट करने पर, कंप्यूटेशनल लागत आती है. अपने कोड में सटीक कन्वर्ज़न को कम करके, ओवरहेड को कम करें.
अपने एल्गोरिदम के 16-बिट और 32-बिट वर्शन के बीच परफ़ॉर्मेंस के अंतर को बेंचमार्क करें. हाफ़ प्रिसिज़न से हमेशा परफ़ॉर्मेंस बेहतर नहीं होती. खास तौर पर, मुश्किल कैलकुलेशन के लिए. वेक्टर डेटा पर फ़्यूज़्ड मल्टीप्लाई-ऐड (एफ़एमए) निर्देशों का ज़्यादा इस्तेमाल करने वाले एल्गोरिदम, हाफ़ प्रिसिज़न पर बेहतर परफ़ॉर्मेंस के लिए अच्छे विकल्प हैं.
न्यूमेरिकल फ़ॉर्मैट के लिए सहायता
Android पर Vulkan का इस्तेमाल करने वाले सभी डिवाइसों में, डेटा और शेडर कैलकुलेशन के लिए सिंगल-प्रिसिज़न, 32-बिट फ़्लोटिंग पॉइंट नंबर, और 32-बिट इंटिजर नंबर इस्तेमाल किए जा सकते हैं. इस बात की कोई गारंटी नहीं है कि अन्य फ़ॉर्मैट काम करेंगे. अगर वे काम करते भी हैं, तो इस बात की कोई गारंटी नहीं है कि वे सभी मामलों में काम करेंगे.
Vulkan में, वैकल्पिक न्यूमेरिक फ़ॉर्मैट के लिए दो तरह की सुविधाएं उपलब्ध हैं: अंकगणित और स्टोरेज. किसी खास फ़ॉर्मैट का इस्तेमाल करने से पहले, पक्का करें कि डिवाइस दोनों कैटगरी में उस फ़ॉर्मैट के साथ काम करता हो.
अंकगणित से जुड़ी सहायता
Vulkan डिवाइस को किसी न्यूमेरिक फ़ॉर्मैट के लिए, अंकगणित से जुड़ी सहायता का एलान करना होगा, ताकि शेडर प्रोग्राम में उसका इस्तेमाल किया जा सके. Android पर Vulkan डिवाइसों में, आम तौर पर अंकगणित के लिए ये फ़ॉर्मैट काम करते हैं:
- 32-बिट वाला पूर्णांक (ज़रूरी है)
- 32-बिट फ़्लोटिंग पॉइंट (ज़रूरी है)
- 8-बिट इंटिजर (ज़रूरी नहीं)
- 16-बिट इंटिजर (ज़रूरी नहीं)
- 16-बिट हाफ़-प्रिसिज़न फ़्लोटिंग पॉइंट (ज़रूरी नहीं)
यह पता लगाने के लिए कि कोई Vulkan डिवाइस, अंकगणित के लिए 16-बिट वाले पूर्णांकों के साथ काम करता है या नहीं, vkGetPhysicalDeviceFeatures2() फ़ंक्शन को कॉल करके डिवाइस की सुविधाएं वापस पाएं. साथ ही, देखें कि VkPhysicalDeviceFeatures2 के नतीजे के स्ट्रक्चर में shaderInt16 फ़ील्ड सही है या नहीं.
यह पता लगाने के लिए कि कोई Vulkan डिवाइस, 16-बिट फ़्लोट या 8-बिट इंटिजर के साथ काम करता है या नहीं, यह तरीका अपनाएं:
- देखें कि डिवाइस पर VK_KHR_shader_float16_int8 Vulkan एक्सटेंशन काम करता है या नहीं. 16-बिट फ़्लोट और 8-बिट इंटिजर के साथ काम करने के लिए, एक्सटेंशन ज़रूरी है.
- अगर
VK_KHR_shader_float16_int8काम करता है, तोVkPhysicalDeviceFeatures2.pNextचेन में VkPhysicalDeviceShaderFloat16Int8Features स्ट्रक्चर पॉइंटर जोड़ें. vkGetPhysicalDeviceFeatures2()को कॉल करने के बाद,VkPhysicalDeviceShaderFloat16Int8Featuresके नतीजे के स्ट्रक्चर केshaderFloat16औरshaderInt8फ़ील्ड देखें. अगर फ़ील्ड की वैल्यूtrueहै, तो फ़ॉर्मैट, शेडर प्रोग्राम अंकगणित के लिए काम करता है.
Vulkan 1.1 या 2022 की Android Baseline प्रोफ़ाइल में, VK_KHR_shader_float16_int8 एक्सटेंशन के लिए सहायता ज़रूरी नहीं है. हालांकि, Android डिवाइसों पर यह एक्सटेंशन आम तौर पर काम करता है.
स्टोरेज से जुड़ी सहायता
Vulkan डिवाइस को कुछ खास तरह के स्टोरेज के लिए, वैकल्पिक न्यूमेरिक फ़ॉर्मैट के साथ काम करने की जानकारी देनी होगी. VK_KHR_16bit_storage एक्सटेंशन, 16-बिट इंटिजर और 16-बिट फ़्लोटिंग-पॉइंट फ़ॉर्मैट के साथ काम करने की सुविधा देता है. एक्सटेंशन में, स्टोरेज के चार टाइप तय किए गए हैं. कोई डिवाइस, स्टोरेज के किसी भी टाइप, कुछ टाइप या सभी टाइप के लिए 16-बिट नंबर के साथ काम कर सकता है.
स्टोरेज के टाइप:
- स्टोरेज बफ़र ऑब्जेक्ट
- यूनिफ़ॉर्म बफ़र ऑब्जेक्ट
- पुश कॉन्स्टेंट ब्लॉक
- शेडर इनपुट और आउटपुट इंटरफ़ेस
Android पर Vulkan 1.1 वाले ज़्यादातर डिवाइसों में, स्टोरेज बफ़र ऑब्जेक्ट में 16-बिट फ़ॉर्मैट काम करते हैं. हालांकि, सभी डिवाइसों में ऐसा नहीं होता. यह न मानें कि जीपीयू मॉडल के आधार पर, Vulkan काम करेगा. ऐसा हो सकता है कि किसी जीपीयू के लिए पुराने ड्राइवर वाले डिवाइस, स्टोरेज बफ़र ऑब्जेक्ट के साथ काम न करें. हालांकि, नए ड्राइवर वाले डिवाइसों में ऐसा नहीं होता.
यूनिफ़ॉर्म बफ़र, पुश कॉन्स्टेंट ब्लॉक, और शेडर इनपुट/आउटपुट इंटरफ़ेस में 16-बिट फ़ॉर्मैट के लिए सहायता, आम तौर पर जीपीयू बनाने वाली कंपनी पर निर्भर करती है. Android पर, जीपीयू आम तौर पर इन तीनों टाइप के साथ काम करता है या इनमें से किसी के साथ भी काम नहीं करता.
Vulkan के अंकगणित और स्टोरेज फ़ॉर्मैट के साथ काम करने की सुविधा की जांच करने वाले फ़ंक्शन का उदाहरण:
struct ReducedPrecisionSupportInfo {
// Arithmetic support
bool has_8_bit_int_ = false;
bool has_16_bit_int_ = false;
bool has_16_bit_float_ = false;
// Storage support
bool has_16_bit_SSBO_ = false;
bool has_16_bit_UBO_ = false;
bool has_16_bit_push_ = false;
bool has_16_bit_input_output_ = false;
// Use 16-bit floats if we have arithmetic
// support and at least SSBO storage support.
bool use_16bit_floats_ = false;
};
void CheckFormatSupport(VkPhysicalDevice physical_device,
ReducedPrecisionSupportInfo &info) {
// Retrieve the device extension list so we
// can check for our desired extensions.
uint32_t device_extension_count;
vkEnumerateDeviceExtensionProperties(physical_device, nullptr,
&device_extension_count, nullptr);
std::vector<VkExtensionProperties> device_extensions(device_extension_count);
vkEnumerateDeviceExtensionProperties(physical_device, nullptr,
&device_extension_count, device_extensions.data());
bool has_16_8_extension = HasDeviceExtension("VK_KHR_shader_float16_int8",
device_extensions);
// Initialize the device features structure and
// chain the storage features structure and 8/16-bit
// support structure if applicable.
VkPhysicalDeviceFeatures2 device_features;
memset(&device_features, 0, sizeof(device_features));
device_features.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_PHYSICAL_DEVICE_FEATURES_2;
VkPhysicalDeviceShaderFloat16Int8Features f16_int8_features;
memset(&f16_int8_features, 0, sizeof(f16_int8_features));
f16_int8_features.sType =
VK_STRUCTURE_TYPE_PHYSICAL_DEVICE_FLOAT16_INT8_FEATURES_KHR;
VkPhysicalDevice16BitStorageFeatures storage_features;
memset(&storage_features, 0, sizeof(storage_features));
storage_features.sType =
VK_STRUCTURE_TYPE_PHYSICAL_DEVICE_16BIT_STORAGE_FEATURES;
device_features.pNext = &storage_features;
if (has_16_8_extension) {
storage_features.pNext = &f16_int8_features;
}
vkGetPhysicalDeviceFeatures2(physical_device, &device_features);
// Parse the storage features and determine
// what kinds of 16-bit storage access are available.
if (storage_features.storageBuffer16BitAccess ||
storage_features.uniformAndStorageBuffer16BitAccess) {
info.has_16_bit_SSBO_ = true;
}
info.has_16_bit_UBO_ = storage_features.uniformAndStorageBuffer16BitAccess;
info.has_16_bit_push_ = storage_features.storagePushConstant16;
info.has_16_bit_input_output_ = storage_features.storageInputOutput16;
info.has_16_bit_int_ = device_features.features.shaderInt16;
if (has_16_8_extension) {
info.has_16_bit_float_ = f16_int8_features.shaderFloat16;
info.has_8_bit_int_ = f16_int8_features.shaderInt8;
}
// Get arithmetic and at least some form of storage
// support before enabling 16-bit float usage.
if (info.has_16_bit_float_ && info.has_16_bit_SSBO_) {
info.use_16bit_floats_ = true;
}
}
डेटा के लिए सटीक लेवल
हाफ़-प्रिसिज़न फ़्लोटिंग पॉइंट नंबर, सिंगल-प्रिसिज़न फ़्लोटिंग पॉइंट नंबर की तुलना में कम सटीक वैल्यू की रेंज दिखा सकता है. सिंगल-प्रिसिज़न की तुलना में, हाफ़-प्रिसिज़न अक्सर एक आसान और बिना किसी नुकसान वाला विकल्प होता है. हालांकि, हो सकता है कि हाफ़-प्रिसिज़न का इस्तेमाल सभी मामलों में न किया जा सके. कुछ तरह के डेटा के लिए, रेंज और सटीक जानकारी कम होने से, ग्राफ़िक आर्टफ़ैक्ट या गलत रेंडरिंग हो सकती है.
हाफ़-प्रिसिज़न फ़्लोटिंग पॉइंट में दिखाने के लिए, इस तरह का डेटा सही माना जाता है:
- लोकल स्पेस कोऑर्डिनेट में पोज़िशन डेटा
- छोटे टेक्सचर के लिए टेक्सचर यूवी, जिनमें सीमित यूवी रैपिंग होती है. इन्हें -1.0 से 1.0 कोऑर्डिनेट रेंज तक सीमित किया जा सकता है
- नॉर्मल, टेंजेंट, और बिटेंजेंट डेटा
- वर्टेक्स कलर डेटा
- 0.0 पर आधारित कम सटीक डेटा
हाफ़-प्रिसिज़न फ़्लोट में दिखाने के लिए, इन डेटा टाइप का इस्तेमाल करने का सुझाव नहीं दिया जाता है:
- ग्लोबल वर्ल्ड कोऑर्डिनेट में पोज़िशन डेटा
- टेक्सचर यूवी, जिनका इस्तेमाल ज़्यादा सटीक नतीजों के लिए किया जाता है. जैसे, एटलस शीट में यूज़र इंटरफ़ेस (यूआई) एलिमेंट के कोऑर्डिनेट
शेडर कोड में सटीक जानकारी
OpenGL शेडिंग लैंग्वेज (जीएलएसएल) और हाई-लेवल शेडर लैंग्वेज (एचएलएसएल) शेडर प्रोग्रामिंग लैंग्वेज, न्यूमेरिक टाइप के लिए रिलैक्स्ड प्रिसिज़न या एक्सप्लिसिट प्रिसिज़न की जानकारी देने की सुविधा देती हैं. रिलैक्स्ड प्रिसिज़न को शेडर कंपाइलर के लिए एक सुझाव के तौर पर माना जाता है. साफ़ तौर पर सटीक जानकारी देना, तय की गई सटीक जानकारी की ज़रूरी शर्त है. Android पर Vulkan डिवाइस, आम तौर पर 16-बिट फ़ॉर्मैट का इस्तेमाल करते हैं. ऐसा तब होता है, जब रिलैक्स्ड प्रिसिज़न का सुझाव दिया जाता है. Vulkan का इस्तेमाल करने वाले अन्य डिवाइस, खास तौर पर ऐसे डेस्कटॉप कंप्यूटर जिनमें 16-बिट फ़ॉर्मैट के साथ काम न करने वाले ग्राफ़िक्स हार्डवेयर का इस्तेमाल किया जाता है, वे रिलैक्स्ड प्रिसिज़न को अनदेखा कर सकते हैं. साथ ही, 32-बिट फ़ॉर्मैट का इस्तेमाल जारी रख सकते हैं.
जीएलएसएल में स्टोरेज एक्सटेंशन
स्टोरेज और यूनिफ़ॉर्म बफ़र स्ट्रक्चर में 16-बिट या 8-बिट न्यूमेरिक फ़ॉर्मैट के लिए, सही GLSL एक्सटेंशन तय किए जाने चाहिए. एक्सटेंशन से जुड़े एलान ये हैं:
// Enable 16-bit formats in storage and uniform buffers.
#extension GL_EXT_shader_16bit_storage : require
// Enable 8-bit formats in storage and uniform buffers.
#extension GL_EXT_shader_8bit_storage : require
ये एक्सटेंशन, GLSL के लिए खास तौर पर बनाए गए हैं और HLSL में इनके जैसा कोई एक्सटेंशन नहीं है.
जीएलएसएल में रिलैक्स्ड प्रिसिज़न
सिंगल-प्रिसिज़न फ़्लोट का सुझाव देने के लिए, फ़्लोटिंग पॉइंट टाइप से पहले highp क्वालिफ़ायर का इस्तेमाल करें. साथ ही, हाफ़-प्रिसिज़न फ़्लोट के लिए mediump क्वालिफ़ायर का इस्तेमाल करें.
Vulkan के लिए GLSL कंपाइलर, लेगसी lowp क्वालिफ़ायर को mediump के तौर पर समझते हैं.
रिलैक्स्ड प्रिसिज़न के कुछ उदाहरण:
mediump vec4 my_vector; // Suggest 16-bit half precision
highp mat4 my_matrix; // Suggest 32-bit single precision
जीएलएसएल में साफ़ तौर पर सटीक जानकारी
16-बिट फ़्लोटिंग पॉइंट टाइप का इस्तेमाल करने के लिए, अपने GLSL कोड में GL_EXT_shader_explicit_arithmetic_types_float16 एक्सटेंशन शामिल करें:
#extension GL_EXT_shader_explicit_arithmetic_types_float16 : require
जीएलएसएल में 16-बिट फ़्लोटिंग पॉइंट स्केलर, वेक्टर, और मैट्रिक्स टाइप को डिक्लेयर करने के लिए, इन कीवर्ड का इस्तेमाल करें:
float16_t f16vec2 f16vec3 f16vec4
f16mat2 f16mat3 f16mat4
f16mat2x2 f16mat2x3 f16mat2x4
f16mat3x2 f16mat3x3 f16mat3x4
f16mat4x2 f16mat4x3 f16mat4x4
GLSL में 16-बिट वाले इंटीजर स्केलर और वेक्टर टाइप को डिक्लेयर करने के लिए, इन कीवर्ड का इस्तेमाल करें:
int16_t i16vec2 i16vec3 i16vec4
uint16_t u16vec2 u16vec3 u16vec4
एचएलएसएल में रिलैक्स्ड प्रिसिज़न
एचएलएसएल, रिलैक्स्ड प्रिसिज़न के बजाय मिनिमल प्रिसिज़न शब्द का इस्तेमाल करता है. कम से कम सटीक जानकारी देने वाला कीवर्ड, कम से कम सटीक जानकारी देता है. हालांकि, अगर टारगेट हार्डवेयर के लिए ज़्यादा सटीक जानकारी देना बेहतर विकल्प है, तो कंपाइलर ज़्यादा सटीक जानकारी दे सकता है. min16float कीवर्ड से, कम से कम 16-बिट फ़्लोट की सटीक जानकारी दी जाती है. कम से कम सटीक साइन किए गए और साइन नहीं किए गए 16-बिट पूर्णांकों को, क्रमशः min16int और min16uint कीवर्ड से तय किया जाता है. कम सटीक जानकारी देने के अन्य उदाहरणों में ये शामिल हैं:
// Four element vector and four-by-four matrix types
min16float4 my_vector4;
min16float4x4 my_matrix4x4;
एचएलएसएल में सटीक जानकारी
हाफ़-प्रिसिज़न फ़्लोटिंग-पॉइंट को half या float16_t कीवर्ड से तय किया जाता है. साइन और अनसाइन किए गए 16-बिट इंटिजर को क्रमशः int16_t और uint16_t कीवर्ड से तय किया जाता है. साफ़ तौर पर सटीक जानकारी देने के अन्य उदाहरणों में ये शामिल हैं:
// Four element vector and four-by-four matrix types
half4 my_vector4;
half4x4 my_matrix4x4;