新编程接口释放GPU潜力 将提升计算机性能

据CNET网站报道称，今年，用于控制GPU(图形处理器)的新编程接口将加快包括从Photoshop到第一人称射击游戏在内的计算机软件的运行速度。

这是因为，更高效的软件控制GPU硬件的方式将提升计算机图形处理性能，使GPU获得新能力，使CPU(中央处理器)能“腾出手来”处理其他任务。新的图形硬件控制方式将于今年晚些时候登陆Mac和Windows平台，可以预计的是，游戏开发者和其他开发人员将尽可能早地抓住这一机遇。

市场研究公司Linley Group分析师大卫·坎特(David Kanter)在谈到这一加速技术时表示，“带来的性能提升机遇是巨大的。”

读者可能已经听说过苹果版加速技术——Metal。Metal 2014年登陆iPhone和iPad，将于今年晚些时候随同OS X 10.11 El Capitan登陆Mac平台。发布新一代加速技术的并非只有苹果。微软的DirectX 12将随同Windows 10于7月29日亮相。一家名为Khronos Group、为多款操作系统制定标准的机构今年将发布名为Vulkan的新一代加速技术。

随着英特尔和其他芯片厂商每隔数个月就推出更快的产品，性能提升一度被认为是理所当然的。但在约10年前，芯片能耗过高的问题超过速度提升。自此，编程人员必须更努力地工作，以提供新功能和新能力。释放新款图形芯片的处理能力将成为惠及游戏玩家、设计师和其他计算机用户的下一项举措。

CNET称，像Adobe这样的公司急于使用能让编程人员利用图形芯片处理能力的新一代接口并不让人感到奇怪。Adobe专业视频产品高级工程经理大卫·麦克加夫兰(David McGavran)在苹果全球开发者大会上发言时说，该公司将在Photoshop、Illustrator、Premiere Pro和After Effects软件中使用Metal。

性能提升来自何方？

加速技术如何提升计算机性能？计算机内部的两个芯片完成大部分工作：CPU和GPU。现代芯片设计通常把这两者集成在一起，但是，无论是独立的还是集成在一起，GPU和CPU执行不同的指令。

编写GPU指令对编程人员来说很棘手，因为不同时间和不同公司生产的GPU芯片指令不同。这就是Metal、DirectX和Vulkan等编程接口的用武之地了，它们为利用图形芯片处理能力，完成更好的游戏体验等任务提供了稳定的途径。

在谈到DirectX 12对Windows和Xbox 游戏的提升作用时，微软称，“开发者将能创建更大的地图，提供更高的性能和更漂亮的画面，横跨多种设备的更大的多人游戏环境。”

这类图形接口存在已有数十年之久。但是，与之前版本的DirectX和Khronos Group的OpenGL相比，新版接口能让编程人员更深入地控制硬件。新接口使编程人员能更多地直接控制图形芯片，作为一项额外好处，这还会大幅减轻CPU管理GPU的负担。

这就像亲自在地图上规划一条路线与告诉谷歌地图起点和终点、由它规划路线之间的区别。谷歌地图更易用，但通过亲自动手规划路线能获得最高的速度。

编程人员可以利用节省出来的处理能力为软件增添新功能，或降低现有软件的能耗，延长电池续航时间。

但是，正如2002年上演的《蜘蛛侠》(Spider-Man)揭示的那样，更大的能力意味着更大的责任。例如，新版DirectX将失去能防止宕机和怪异缺陷的许多“安全措施”。坎特说，“DirectX 12将不再包含许多安全措施，开发者必须对他们的代码更小心。”

CNET指出，新接口还有其他好处。其一是，与以前的设计不同的是，同一接口覆盖了移动设备；其二是它们不仅能处理图形任务，也能处理可以由图形芯片完成的计算任务，其中包括从识别视频中的人脸到模拟视频游戏中汽车相撞现象在内的各类任务。

带来新的副作用

被称作API(应用编程接口)的新图形芯片控制技术使编程人员能从计算机硬件“压榨”出尽可能高的处理能力，但这也带来了副作用。

一个问题是，三种接口——Vulkan、DirectX和Metal，功能基本相同，编程人员必须选择使用哪种接口。Vulkan支持从PC、智能手机到虚拟现实头盔和游戏机在内的各类设备，DirectX在Windows上表现更好， Metal在OS X上称雄。

编程人员想要支持的图形接口越多，他们需要完成的工作量也就越大。过去，编程人员已经必须支持2或3种图形接口，Metal将使编程人员需要支持的图形接口再增加一种，谷歌也可能为其Android操作系统增添另外一种图形接口。

许多编程人员都通过使用Epic Games的Unreal Engine和Unity Technologies的Unity等游戏引擎，来避开使用多种图形接口带来的副作用。这些游戏引擎负责底层工作，向编程人员提供更简单的框架。

Khronos Group称，尽管存在副作用，它仍然获得了广泛支持。Khronos Group总裁、英伟达副总裁尼尔·特里维特(Neil Trevett)说，“层次较高的库和引擎横跨不同的底层API。实际上，几乎每家GPU厂商和游戏引擎开发商都参与了Vulkan工作组，并承诺支持它。”

CNET表示，Adobe是必须决定支持哪种新一代图形接口的公司之一。Adobe尚未公布提升其软件在Windows计算机上运行性能的计划，发言人瓦内萨·里奥斯(Vanessa Rios)说，“我们当然在考虑DirectX 12，但尚未公布任何具体的计划。”

谷歌也要发布图形接口？

目前尚不清楚谷歌是否会发布自己的图形接口。坎特称谷歌确实有这样的计划。

这种可能性让编程人员不爽，但更不爽的是芯片厂商等硬件公司，它们必须投入大量资源针对新接口开发“驱动程序”。

谷歌未就此置评。据两名了解谷歌想法的知情人士称，在遭到业界反对后，谷歌可能重新考虑自己的态度，它可能使用Vulkan。

Metal大幅提升Adobe软件性能

在苹果全球开发者大会上，麦克加夫兰展示了采用Metal技术的Illustrator和After Effects。不使用Metal，在视频上添加3种特效会使播放速度放慢至约每秒3帧；使用Metal，视频能以每秒24帧的速度播放。他说，不仅性能提升了7倍，CPU占用率也降低了。

麦克加夫兰称，使用Metal技术后，Illustrator运行速度变得足够快，进行放大操作时重绘屏幕上的图像也不会卡顿，“我们能够展示一项全新的功能：连续缩放”。

换句话说，Metal和其他接口能释放之前无法充分利用的计算机性能。麦克加夫兰说，“这将极大地改变艺术家使用我们产品的方式。”