英特爾是如何優(yōu)化游戲性能的？

游戲已成為ChinaJoy的重要組成部分。在今年的ChinaJoy上，英特爾特別邀請(qǐng)了英特爾游戲合作技術(shù)經(jīng)理盧卷彬，為與會(huì)媒體們分享了很多英特爾在游戲方面的優(yōu)化措施，干貨頗多，值得大家細(xì)細(xì)品味！

為什么游戲性能很復(fù)雜？英特爾可以提供什么幫助，以及簡(jiǎn)單的游戲優(yōu)化的方法。

在這里面，英特爾能夠提供什么幫助呢?我們說(shuō)工欲善其事，必先利其器。英特爾這幾年的經(jīng)驗(yàn)有相當(dāng)一部分的資源就是有一整套的性能分析工具。一個(gè)負(fù)責(zé)任的性能分析工具應(yīng)該是什么樣的?應(yīng)該是自上而下的把程序的問(wèn)題搞的清清楚楚、明明白白。英特爾 Vtune 分析工具在行業(yè)里面名氣還是響當(dāng)當(dāng)?shù)?，無(wú)論還是服務(wù)器還是客戶(hù)端，它可以從系統(tǒng)層面一直到每一個(gè)線(xiàn)程，每一個(gè)DLL，每一個(gè)函數(shù)，再到每一行代碼，再到匯編都可以給你整的清清楚楚，明明白白的。這也是經(jīng)過(guò)了我們幾十年的沉淀，而且它是免費(fèi)的。下面是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的截屏，當(dāng)你用 Vtune 跑的時(shí)候，它會(huì)有一個(gè)整體概況，左邊我們可以看到，這個(gè)程序花了多長(zhǎng)時(shí)間，對(duì)多線(xiàn)程的利用是多少，右邊還會(huì)去建議你下一步還可以用微架構(gòu)再跑一次，更詳細(xì)的針對(duì)微架構(gòu)的分析，或者再跑一次針對(duì)內(nèi)存的分析，可以讓你進(jìn)一步了解。右邊的就是針對(duì)微架構(gòu)的分析，可以看到是前端有問(wèn)題，還是在解碼有問(wèn)題，還是說(shuō)內(nèi)存有問(wèn)題，L1、L2、L3，包括DRAM Bound各自的百分比是多少，都會(huì)給你演算出來(lái)，這是一個(gè)非常整體的概況。

上圖左下角是每個(gè)線(xiàn)程的概況，每個(gè)線(xiàn)程在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的活動(dòng)是怎么樣的，線(xiàn)程之間有沒(méi)有一些同步關(guān)系，替代關(guān)系，都可以看得很清楚。在每一個(gè)時(shí)間段，每一個(gè)線(xiàn)程當(dāng)中是哪些函數(shù)在運(yùn)行，甚至是說(shuō)每一個(gè)函數(shù)運(yùn)行，再往下面直到每一行代碼都可以給你指出來(lái)，每一行代碼主要 Bound 的原因是什么，花了多長(zhǎng)時(shí)間，都可以給你指出來(lái)。

這樣對(duì)開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，就可以對(duì)程序有一個(gè)非?？傮w的了解，哪一個(gè)線(xiàn)程是瓶頸，哪一個(gè)模塊是瓶頸，哪一個(gè)函數(shù)是瓶頸，甚至具體到哪一個(gè)代碼，真正讓你清清楚楚，明明白白，知道在哪里改進(jìn)會(huì)得到最好的優(yōu)化。

當(dāng)你只有一臺(tái)機(jī)器的時(shí)候，你可以像右邊這樣。左邊這個(gè)情況是說(shuō)你可以連到局域網(wǎng)當(dāng)中的任何一臺(tái)機(jī)器上，互不影響的收集這些信息。右邊這個(gè)是說(shuō)你也可以直接切換到程序界面上，用一臺(tái)機(jī)器就可以看到這些性能信息，非常的方便。

客戶(hù)還會(huì)經(jīng)常碰到一個(gè)問(wèn)題，我在玩一個(gè)游戲的時(shí)候突然掉幀，但是我不知道它是在哪掉的，我根本來(lái)不及抓取。我們還提供這樣的功能，你可以抓一段時(shí)間里面的每一幀的 Frame，抓出來(lái)之后，它可以把每一幀的時(shí)間都顯示來(lái)，然后你可以點(diǎn)其中最耗時(shí)的那一幀然后去播放。它從前面一直播放到這一幀就會(huì)停止，然后再把你這一幀的數(shù)據(jù)打開(kāi)。比如說(shuō)播放到這里就停止了，這就是最耗時(shí)的那一幀，接著把這一幀打開(kāi)，你可以明顯看到你有多少個(gè) Draw call，比如說(shuō)這一幀上面有多少個(gè) Draw call都可以看到，每一個(gè) Draw call 的時(shí)間花費(fèi)多少都顯示的非常清楚明白。

它也會(huì)對(duì)你整個(gè)這一幀有一個(gè)根據(jù)你的 3D Pipeline 來(lái)的分析。比如說(shuō)右邊就是在 3D 當(dāng)中，我渲染一幀要經(jīng)過(guò)哪些步驟之類(lèi)的。左邊對(duì)應(yīng)的我們的 GPA 就會(huì)告訴你，你在渲染這一幀的時(shí)候，其實(shí)是你的 Back-End 這邊有最明顯的問(wèn)題。英特爾和游戲開(kāi)發(fā)者就知道，我們?cè)趺粗秩ジ愣ㄟ@個(gè)問(wèn)題。

另外是說(shuō)我可以看到每一個(gè) Draw call 里面我用到了哪些模型，這些模型究竟有多少個(gè)頂點(diǎn)我都可以看得很清楚。比如說(shuō)這塊石頭用了 8000 多個(gè)頂點(diǎn)，這樣是不是就合適呢?它耗時(shí)多長(zhǎng)時(shí)間都會(huì)顯示出來(lái)。這段Shader代碼是什么樣的都會(huì)顯示出來(lái)。

前面談到的是如何找問(wèn)題，找問(wèn)題是非常重要的一步。找到問(wèn)題之后你如何優(yōu)化呢?這里有幾個(gè)辦法：

第二，并行優(yōu)化。并行優(yōu)化談了很久，它包括兩個(gè)層面，一個(gè)是多線(xiàn)程并行，也就是說(shuō)四個(gè)車(chē)道跑總是比一個(gè)車(chē)道跑得快，并行優(yōu)化可能是優(yōu)化得到回報(bào)最高的。這當(dāng)中英特爾的 TBB 可以幫助你前后線(xiàn)程池的調(diào)度。CPU 的多線(xiàn)程優(yōu)化，尤其是針對(duì)游戲相對(duì) GPU 是非常難的。因?yàn)?GPU 就是處理幾百萬(wàn)個(gè)三角形，幾百萬(wàn)個(gè)頂點(diǎn)，它是天然的頂點(diǎn)和頂點(diǎn)之間，三角形和三角形之間是沒(méi)有依賴(lài)的，所以天然的我用幾百個(gè)或者是幾千個(gè)顯卡單元去計(jì)算，都可以得到非常線(xiàn)性的性能提升。但是 CPU 里面，其實(shí)它有很多邏輯，有很多模塊和模塊之間的依賴(lài)，所以就非常難。幸運(yùn)的是英特爾也在和行業(yè)當(dāng)中最重要的合作伙伴合作，幫助游戲開(kāi)發(fā)者解決這些問(wèn)題。比如說(shuō)我們和 Unity 合作，做了 ECS和Job system，現(xiàn)在 Unity 對(duì)多核心的支持是非常好的。另外我們還和 Unreal做了Unreal Task system，用線(xiàn)程池的方式，把很多的任務(wù)可以提交到 Unreal 的任務(wù)系統(tǒng)當(dāng)中，去充分應(yīng)用多線(xiàn)程。第二個(gè)層面的并行是指令級(jí)并行，大家知道 SIMD 指令集，在一條指令里，我可以處理 8 個(gè)頂點(diǎn)或者是 8 個(gè)核點(diǎn)數(shù)。這個(gè)到開(kāi)發(fā)者手中去做也是非常難的。因?yàn)槟阋词止と?xiě)一些匯編或者是寫(xiě)一些 Intrinsic，你需要把 C++ 的這些算法改成 Intrinsic 這種指令集還是相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜的。這里面英特爾也在想辦法給大家提供一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案，我們稱(chēng)之為 ISPC，這是一個(gè)編輯器，它可以把你的 C 和 C++ 代碼編譯成能夠使用上，加速計(jì)算的binary，其實(shí)在 Unreal4 和 Unreal 5 當(dāng)中的 ISPC 也是我們的工程師幫助他們做的。前面大家看到的 Chaos 物理破壞引擎就是使用的英特爾 ISPC 的編譯器。其實(shí)在 Unity 也有類(lèi)似于 ISPC 的編譯器叫 Burst，這也是屬于在大范圍應(yīng)用的。所以你是使用 Unreal 或者是 Unity 的游戲開(kāi)發(fā)者，就可以非常簡(jiǎn)單的進(jìn)行一些設(shè)置和調(diào)用，就可以用上這些性能，這是我們英特爾和行業(yè)合作伙伴一起在向前推動(dòng)的事情。

第三，算法優(yōu)化。這是針對(duì)具體游戲具體分析，游戲場(chǎng)景，游戲玩法上，哪一部分是非常突出的瓶頸，應(yīng)該如何優(yōu)化它，是采用更好的數(shù)據(jù)算法還是調(diào)整我的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還是說(shuō)開(kāi)發(fā)者去調(diào)整場(chǎng)景布置之類(lèi)的。這是需要游戲開(kāi)發(fā)者跟我們一起來(lái)進(jìn)行討論，進(jìn)行頭腦風(fēng)暴的一種優(yōu)化方式。

第四，底層架構(gòu)優(yōu)化。英特爾也在針對(duì)每一個(gè)工作負(fù)載去分析，它在我的CPU流水線(xiàn)上的表現(xiàn)。一個(gè)游戲開(kāi)發(fā)者把前面的都做好了，還是覺(jué)得性能不好，他也有余力、有時(shí)間，可以進(jìn)行一些底層架構(gòu)的優(yōu)化，我們英特爾的工程師也會(huì)提供建議給他們，讓他們?nèi)ピu(píng)估一下這個(gè)對(duì)我CPU代碼架構(gòu)改變有多大，會(huì)不會(huì)影響我的可維護(hù)性之類(lèi)的東西，讓他們?nèi)フ遄谩?/p>

接下來(lái)分享的是英特爾在過(guò)去兩三年里，在國(guó)內(nèi)的一些游戲優(yōu)化，其中有一些是CPU相關(guān)的，有的是集成顯卡相關(guān)的?？赡苡幸恍?shù)字比較夸張，因?yàn)楸旧砦覀冞M(jìn)去的時(shí)間是比較早的，那么我們就開(kāi)始用這些分析工具跟他們一起去斟酌，里面哪些是有問(wèn)題，是需要去分析的。所以基本上得到這樣的結(jié)論，開(kāi)發(fā)者對(duì)我們英特爾提供的幫助非常贊賞。