Argument Buffersとは

Metal 2の新機能の中でも、Metal利用ケース全般において影響があり、恩恵も大きいのがArgument Buffersです。

Argument Buffer（以下AB）は、バッファやテクスチャ、サンプラーといったリソースをひとまとめにしてシェーダ関数の引数に渡せるようにするしくみです。CPU負荷を減らし、アプリケーションのパフォーマンスを改善するというメリットがあります。

従来の引数モデルの問題

従来の方法では、レンダリングループの中でGPU処理に必要なリソースをそれぞれAPIを呼んでセットする必要がありました。必要なバッファをセットするAPIを呼び、テクスチャをセットするAPIを呼び、サンプラーをセットするAPIを呼び、そしてやっと描画APIを呼べたわけです。

上の図のとおり、従来の引数モデルでは、バッファ毎、テクスチャ毎、サンプラー毎にAPIコールが必要で、つまりレンダリングする必要のあるオブジェクトの数に比例してAPIコール、つまりCPUの負荷が増えます。そして前述したようにレンダリングループの中で行う必要があり、毎フレームの負荷となるため、実質的に画面上に表示するオブジェクトの数の制約にもなっていました。

これがABを使用することにより、ひとまとめにしたバッファひとつに対して1回だけAPIを呼ぶだけで済むようになります。

これにより、GPUに渡すリソース数に応じて増えていたCPU負荷が、劇的に軽減される、というわけです。

ベンチマーク結果

次の図は、WWDC17のセッション¹で紹介されていたベンチマーク結果です。利用するリソースの数によってどのように処理時間が変わるか、従来の方法と、ABを用いた場合の計測結果が示されています。

このベンチマーク結果によると、16のリソースを使用した場合には、ABを用いることでなんと18倍のパフォーマンス改善が見られたようです。

続きは書籍で: Argument Buffersの実装

本記事は技術書「iOS 11 Programming」の私が執筆を担当した『第１３章
Metal』から抜粋したものです²。Argument Buffersの解説は下記目次の、13.10にあります。実装方法についても解説しています。

13.1 はじめに
13.2 Metalの概要
13.3 Metalの基礎
13.4 MetalKit
13.5 Metal入門その１ - 画像を描画する
13.6 Metal入門その２ - シェーダを利用する
13.7 Metal入門その３ - シェーダでテクスチャを描画する
13.8 ARKit+Metalその１ - マテリアルをMetalで描画する
13.9 ARKit+Metalその２ - MetalによるARKitのカスタムレンダリング
13.10 Metal 2
13.11 Metalを動作させるためのハードウェア要件

書籍のタイトルにはiOS 11とありますが、Metalについては新機能の紹介だけではなくて、基礎からじっくり解説しています。Metalの章だけで37ページもあります。

他の章も他著やネットではなかなか得られない濃い情報が詰まっているので、気になった方はぜひサンプルPDFもあるので見てみてください。

第1章　iOS 11 概要
第2章　ARKit
第3章　Core ML
第4章　Swift 4の新機能とアップデート
第5章　Xcode 9 の新機能
第6章　Drag and Drop
第7章　FilesとDocument Based Application
第8章　レイアウト関連の新機能及び変更点
第9章　Core NFC
第10章　PDF Kit
第11章　SiriKit
第12章　HomeKit入門とiOS 11のアップデート
第13章　Metal
第14章　Audio関連アップデート

PEAKSのサイトにて電子書籍・紙の書籍ともに販売されています。

iOS 11 Programming

執筆を担当したARKit、Metalの章の詳細、あるいは全体的なおすすめポイントは以下の記事にも書きました。

「iOS 11 Programming」を共著で執筆しました／本書のおすすめポイント - Over&Out その後