Автоматизация разработки на Vulkan: предметно-ориентированный подход

Предлагается новый высокоуровневый подход к разработке приложений на GPU на основе Vulkan API. Цель работы – снижение трудоемкости разработки и отладки приложений, реализующих сложные алгоритмы на GPU при помощи Vulkan. Предлагаемый подход использует технологию генерации кода путем трансляции программы на языке C++ в оптимизированную реализацию на Vulkan, включающую автоматически генерацию шейдеров, привязывание ресурсов и использование механизмов синхронизации. Предлагаемое решение не является технологией программирования общего назначения, а специализируется на конкретных задачах, но обладает при этом расширяемостью, позволяющей адаптировать решение под новые задачи. Для одной входной программы на языке C++, мы можем сгенерировать несколько реализаций для разных случаев (опций транслятора) или разного аппаратного обеспечения. Например, вызов виртуальных функций может быть реализован либо через конструкцию switch в одном вычислительном ядре, либо через сортировку потоков и непрямой вызов в разных ядрах, либо через т. н. callable shaders в Vulkan. Таким образом, предлагаемая технология позволяет обеспечить кроссплатформенность решения за счёт генерации разных реализаций одного и того же алгоритма под разные GPU. В то же время за счёт этого она позволяет обеспечить доступ к специфической аппаратной функциональности, необходимой в приложениях компьютерной графики.