Pedal to the Metal: داخل تقنية رسومات Apple الجديدة

وسط عرض مزدحم بشكل خاص للتقنيات الجديدة في مؤتمر المطورين العالمي لهذا العام ، رسومات Apple الجديدة التكنولوجيا ربما كان لدى Metal العرض التجريبي الأكثر جاذبية ، حتى لو كانت فوائده الدقيقة من بين أصعب المزايا حقًا تفهم.

باختصار: ميتال هي طريقة آبل الجديدة لبرمجة معالجاتها الرسومية. تدعي الشركة مكاسب في الأداء دون تغييرات في الأجهزة وتقول أيضًا إن الألعاب ستكون أكثر تفصيلاً مع استمرار عرضها بمعدل 60 إطارًا في الثانية. يبدو الأمر كالسحر ، لكنه ليس كذلك: إنها الصفقة الحقيقية.

الحالة القديمة للفن

ملخص المعدن هو أنه يفعل ما هو مكتوب على القصدير - إنه يفتح الأجهزة ، "المعدن" في A7.

معالجات الرسومات هي في الأساس "آلات حالة" عملاقة. تخيل لوحة ضخمة من المفاتيح والأقراص على غرار السبعينيات ، كل منها مُصنَّف بميزة معينة. لا يدعم الجهاز جميع مجموعات الميزات ، ولكن لك مطلق الحرية في قلب المفاتيح على أي حال. تحدد مجموعة المفاتيح التي قلبتها والأقراص التي قمت بتعديلها "حالة النظام".

تتمثل مهمة مبرمج الرسومات في قلب المفاتيح الصحيحة ، وتحويل الأقراص هكذا فقط، ثم قم بإطعام المعالج بالشكل الهندسي. هذا هو التسلسل الذي تشير إليه Apple عندما تذكر عدد "مكالمات السحب" الإضافية لكل إطار يمكن للمعادن القيام به.

باستخدام OpenGL ، المعيار الحالي لإنشاء الرسومات ، يمكن للمبرمجين قلب كل من هذه المفاتيح وتعديل كل من هذه الأوجه على حدة. في كل مرة يفعلون ذلك ، سيتعين على معالج الرسومات التحقق من أن حالة الجهاز العملاق لا تزال صالحة.

من ناحية أخرى ، باستخدام Metal ، يمكن للمبرمج بدلاً من ذلك تحديد الحالة التي يحتاجون أن تكون الآلة فيها ثم تطبيق هذه الحالة ببساطة. بدلاً من التغيير والتبديل في كل قرص ، وقلب كل مفتاح ، والقفز عبر الأطواق الصحيحة ، تصبح العملية أشبه بفحص طلب السوشي الخاص بك من قائمة.

من وجهة نظر المستخدم ، لا يهم أي من هذه التفاصيل المحددة. ومع ذلك ، ستلاحظ التداعيات بالتأكيد.

تم تصميم Metal حول كيفية عمل وحدات معالجة الرسومات (GPU) ووحدات المعالجة المركزية (CPU) اليوم ، خاصة (وعلى وجه التحديد) عندما يتعلق الأمر بـ A7 من Apple. يجمع A7 بين GPU و CPU في شريحة واحدة ، كما أنهما يشتركان في تجمع ذاكرة واحد.

يعتمد الكثير من برنامج OpenGL على فكرة أن وحدة معالجة الرسومات (أو يمكن أن تكون) موجودة على بطاقة منفصلة. من خلال التعرف على حقيقة أن وحدة معالجة الرسومات (GPU) ووحدة المعالجة المركزية (CPU) يمكنهما الوصول إلى نفس الذاكرة ، يفتح المعدن الكثير من الطاقة. تصبح إدارة الموارد اللازمة للرسم أسهل وأسرع إلى حد كبير. تتطلب العديد من التأثيرات ، مثل الانعكاسات ، رسم المشهد في صورة ثم استخدام تلك الصورة كمدخل في المشهد الأخير. المعدن يجعل ذلك أسهل بكثير.

تحتوي كل من وحدات معالجة الرسومات (GPU) ووحدات المعالجة المركزية (CPUs) الحديثة على نوى متعددة - يمكنها المشي والتحدث ومضغ العلكة والتوفيق معًا الوقت — والمعدن يوفر طريقة لإطلاق كل تلك القوة من خلال السماح بمعالجة متعددة للرسومات أوامر. وبالمقارنة ، فإن برنامج OpenGL كان دائمًا مترابطًا فرديًا ، وبالتالي لا يمكنه تحقيق استخدام بارع مماثل للأجهزة الفعلية.

لا يفتح Metal أداءً أفضل للرسومات فحسب. كما أنه يدعم نموذجًا لما يسمى "حوسبة وحدة الرسومات للأغراض العامة" - أي استخدام وحدة معالجة الرسومات لتشغيل برنامج ليس بالضرورة متعلقًا بالرسومات. OpenCL ، الذي قد يكون مألوفًا لمستخدمي Mac ، هو المعيار المفتوح لكتابة البرامج التي يتم تنفيذها على وحدات معالجة الرسومات. يجلب Metal هذا النوع من قدرة برمجة الرسومات للأغراض العامة إلى iOS. كما يوحي الاسم ، فإن OpenCL مشابه جدًا لـ OpenGL ولذا فإن تصميم Metal يقدم مزايا لـ OpenCL مماثلة لتلك التي يقدمها لـ OpenGL. تعتبر الفكرة الراسخة القائلة بأن الذاكرة مشتركة بين المعالجات انتصارًا كبيرًا هنا أيضًا.

إنها نفس القصة للوصول متعدد مؤشرات الترابط. من خلال إمكانات الحوسبة للأغراض العامة في Metal ، سنبدأ في رؤية A7 يتألق حقًا بطرق غير متوقعة. تطبيقات مثل كابو ستكون قادرًا على الاستفادة من GPU على iOS كما هو الحال في OS X من أجل إنجاز مهام البرامج التي لم تكن ممكنة في السابق.

الفوائد للجميع

كل هذا جيد وجيد بالطبع ، ولكن ماذا يعني كل هذا من منظور مستخدم جهاز iOS؟ من بعض النواحي ، تشبه التطورات مثل Metal في بناء مصادم هادرون كبير—لا نعرف بالضبط نوع الفرص التي سنكتشفها ، لكنه عالم جديد شجاع ومليء بالاحتمالات.

من الناحية العملية ، هناك فوائد ملموسة سيقدرها المستخدمون بالتأكيد ، بما في ذلك أوقات التحميل الأسرع (نظرًا لإدارة الموارد بشكل أفضل ، والتي تم تجميعها مسبقًا تظليل ، وما إلى ذلك) ، عوالم أكثر تفصيلاً (بسبب مكالمات السحب الأسرع ، يمكن حدوث المزيد من الأشياء أو رسمها) ، ومن المحتمل وجود عدد كبير من التطبيقات التي يمكنها استخدام وحدة معالجة الرسومات كجهاز حسابي برنامج.

بالطبع ، لا يظهر أي من هذه التطبيقات ببساطة لأنه تم تقديم Metal. سيحتاج المطورون إلى اعتماد النظام الجديد وكتابة برامجهم خصيصًا له. ولكن الخبر السار على هذا الصعيد هو أن شركات الألعاب الكبرى على منصة iOS قد أظهرت بالفعل التزامها. أعلن كل من Unreal و Unity ، أكبر محركين للعبة ، عن دعمهما لمعدن Metal. لذلك ، حتى بدون استثمار المطورين في فهم وتنفيذ محرك باستخدام Metal ، فإن العديد من الألعاب الكبيرة التي تستخدم هذه الأنظمة ستستفيد من تحسيناتها على أي حال.

التراجع عن التفاصيل الفنية للمعادن له أيضًا آثار سياسية مثيرة للاهتمام. آبل ، كما تفعل غالبًا عندما تستطيع ، تأخذ مصيرها بين يديها. بدلا من أن تكون مقيدة مجموعة Khronos (الهيئة المسؤولة عن OpenGL و OpenCL) ، Apple حرة في إجراء تغييرات على Metal بالسرعة التي تريدها ، من أجل الاستمرار في معالجة أجهزتها بشكل أفضل.

هذه خطوة إستراتيجية كبيرة ، لأنها تشير إلى أن الشركة تعتقد أن لديها قاعدة مطورين وأجهزة كافية في المجال لتشكيل مسارها الخاص. سيكون من الصعب المجادلة بأن هذا خطأ في ذلك. كما يشير إلى أن شركة Apple تأخذ الألعاب على محمل الجد أكثر من أي وقت مضى. من المعروف أن Apple لم يكن لديها نظام أساسي رائع للألعاب ، ولكن مع نظام iOS قد تغير - ويبدو أن Apple تتغير أيضًا. تُظهر المعادن والاستثمار الذي قامت به شركة Apple في تطويرها ودعمها أن الشركة تأخذ الآن الألعاب على محمل الجد ، في الواقع.

لا يعني أي من هذا أن OpenGL (أو OpenCL) سيختفي أو لن يخدم أغراضه الخاصة. لا يزال هناك العديد والعديد من التطبيقات التي تناسبها تمامًا. لكن المعدن هو نموذج منخفض المستوى وأكثر دقة للرقائق الحديثة مثل A7. وبمجرد أن نبدأ في رؤية التطبيقات التي تستخدم Metal ، سنبدأ في رؤية ما يمكن لـ A7 فعله حقًا.