Советы по оптимизации ЦП и ГП

В этом документе показано, как оптимизировать производительность игр с помощью инструментов для выявления и устранения узких мест, связанных с процессором и видеокартой.

Оптимизация ЦП

Если анализ покажет, что игра сильно нагружает процессор, необходимо провести дальнейшее расследование. Для этого нужно определить конкретные потоки или API, которые вызывают узкие места и снижают частоту кадров.

Для оптимизации работы процессора универсальное решение, как правило, неэффективно. Вместо этого необходимо определить наиболее ресурсоемкую задачу в зависимости от игры или сценария, а затем оптимизировать соответствующую логику и функции.

инструменты трассировки времени игрового движка

В проведении этого анализа могут помочь следующие инструменты:

Невероятные открытия

В проектах Unreal Engine инструмент Unreal Insight Tool упрощает анализ информации о временных параметрах отдельных потоков, составляющих кадр.

В качестве примера, поток GameThread обычно использует наибольшую долю процессорного времени, в основном за счет времени тактов (Tick Time). Кроме того, значительная часть времени тактов расходуется на задачи, связанные с FActorComponentTickFunction .

Для оптимизации FActorComponentTick крайне важно исключить вычисления и реализовать отсечение для персонажей и объектов, расположенных вне поля зрения камеры. Кроме того, использование анимации на основе LOD (уровня детализации) может дополнительно повысить производительность.

Профайлер Unity (Unity)

Анализ с помощью Unity Profiler показывает, что основной поток потребляет более 45 мс, при этом PostLateUpdate.FinishFrameRendering занимает 16,23 мс, что делает его наиболее ресурсоемкой операцией. При этом наблюдается множество вызовов Inl_RenderCameraStack. Рекомендуется определить необходимость включения камер и оптимизировать их соответствующим образом.

Инструменты профилирования на системном уровне

Используйте следующие инструменты профилирования:

Перфетто

С помощью Perfetto Trace можно определить назначение ядер ЦП и подробные сведения о выполнении каждого потока на устройстве под управлением Android. Это позволяет выявлять узкие места в производительности путем анализа данных о выполнении потоков.

корпус для размещения процессора

Трассировка показывает, что нагрузка на потоки GameThread и RenderThread вызывает задержки в отображении QueuePresent потока RHI, что приводит к ситуации, когда производительность процессора ограничена из-за VSync.

Корпус для графического процессора

Трассировка показывает, что само завершение работы графического процессора занимает более 25 мс, что свидетельствует о ситуации, когда производительность графического процессора ограничена.

Simpleperf

Для выявления функций с наибольшей загрузкой ЦП можно использовать simpleperf. Для достижения оптимальных результатов рекомендуется отсортировать эти функции, чтобы в первую очередь обрабатывать те, которые используют больше всего ресурсов.

Simpleperf помогает анализировать данные о функциях, которые используют больше всего процессорного времени. Для оптимизации использования ЦП начните с функций, которые используют больше всего ресурсов ЦП. В этом примере функция USkeletalMeshComponent , связанная с анимацией в ActorComponentTickFunctions , использует больше всего ресурсов ЦП.

Оптимизация графического процессора

Если анализ покажет, что игра сильно зависит от графического процессора, необходимо провести дальнейшее исследование. Для этого потребуется использовать различные инструменты и методы для оптимизации и анализа работы GPU.

Для оптимизации работы графического процессора используйте отладчик кадров, чтобы проанализировать конвейер рендеринга и вызовы отрисовки для каждой сцены. Кроме того, необходимо досконально понимать архитектуру графического процессора и поведение конвейера, чтобы выявлять ненужные операции или области, требующие оптимизации.

В следующих разделах описаны методы и инструменты для оптимизации работы графического процессора.

Удалите ненужные RenderPasses

Для повышения производительности рендеринга и снижения нагрузки на графический процессор необходимо исключить ненужные проходы рендеринга. К ним относятся любые проходы, в которых отсутствуют вызовы отрисовки или выходные данные которых не используются в итоговом кадре.

Используйте отладчик для графического процессора, например RenderDoc , чтобы проанализировать конвейер рендеринга и выявить возможности для оптимизации.

1. Отсутствие вызовов отрисовки: Проверьте, содержит ли проход рендеринга какие-либо вызовы отрисовки. Если вызовов отрисовки нет, удалите проход.

2. Неиспользуемый выходной сигнал: проверьте, обращаются ли последующие проходы к выходным данным прохода рендеринга или отображают их, например, цвет или глубину. Если нет, удалите проход.

3. Объединяемые проходы: Определите проходы, которые можно объединить:

   • Тот же буфер кадров или вложения
   • Совместимые операции по погрузке или хранению.
   • Отсутствие барьеров зависимости между ними

Минимизируйте операции по загрузке или хранению.

Операции загрузки или сохранения данных требуют значительных ресурсов, поскольку используют большой объем памяти. Сведите к минимуму ненужные операции загрузки и сохранения. Выполняйте эти действия только тогда, когда требуются вложения внутри RenderPass . В противном случае замените их операциями Clear или Don't care чтобы уменьшить накладные расходы.

Как оптимизировать

Используйте отладчик для графического процессора, например RenderDoc , чтобы проанализировать конвейер рендеринга и выявить следующие возможности оптимизации:

1. Загрузка: Если вложенный проход рендеринга не использует данные из предыдущего прохода или вложения, операция загрузки не требуется. В таких случаях использование параметров Don't care или Clear может уменьшить накладные расходы.

2. Сохранение: Если после текущего прохода рендеринга не используется привязка прохода рендеринга, операция сохранения не требуется. В таких случаях используйте либо Don't care , либо Clear .

3. Заменить: Определите, можно ли заменить текущие настройки загрузки или сохранения на Clear или Don't Care без влияния на итоговый кадр.

Избегайте отбрасывания, чтобы включить Early-Z.

Технология Early-Z повышает производительность на мобильных платформах. Однако инструкция discard внутри шейдера автоматически отключает Early-Z. Если инструкция discard не является необходимой, удалите её.

Раннее Z-ускорение

Эта оптимизация значительно сокращает количество операций фрагментного шейдера и повышает производительность графического процессора.

Раннее тестирование глубины Z и трафарета

Как оптимизировать

Используйте отладчик для графического процессора, например RenderDoc , чтобы проанализировать конвейер рендеринга и выявить следующие возможности оптимизации:

1. Использование ключевого слова discard во фрагментных шейдерах: ключевое слово discard предотвращает выполнение графическим процессором предварительных проверок глубины, поскольку видимость фрагмента заранее неизвестна.

2. Изменение параметра gl_FragDepth : Динамическое изменение gl_FragDepth изменяет глубину фрагмента, что отключает оптимизацию Early-Z, поскольку конечная глубина неизвестна до обработки фрагмента.

3. Включение альфа-канала для покрытия фрагментов: Когда включен альфа-канал для покрытия фрагментов (часто используется в рендеринге MSAA), покрытие фрагментов зависит от значений альфа-канала. Это может замедлить проверку глубины и отключить функцию Early-Z.

Оптимизировать формат текстур

Оптимальный выбор формата текстур снижает потребление памяти, повышает эффективность использования полосы пропускания и улучшает производительность рендеринга. Использование форматов с чрезмерно высокой точностью может привести к растрате ресурсов графического процессора без каких-либо визуальных преимуществ.

Как оптимизировать

Используйте отладчик для графического процессора, например RenderDoc , чтобы проанализировать конвейер рендеринга и выявить следующие возможности оптимизации:

1. Используйте D24S8 вместо D32S8 для буферов глубины и трафарета: использование D24S8 для буферов глубины и трафарета снижает потребление памяти на 20% по сравнению с D32S8 , при этом практически не наблюдается заметной разницы в качестве изображения в большинстве приложений.
2. Используйте сжатие ASTC для цветных текстур: сжатие ASTC значительно сокращает объем памяти, используемой для текстур, — до 8 раз по сравнению с несжатыми форматами — при сохранении высокого визуального качества.
3. Используйте форматы с половинной плавающей запятой вместо форматов с полной плавающей запятой: используйте R16F или RG16F для уменьшения пропускной способности памяти и потребления памяти. Эти форматы хорошо подходят для буферов постобработки.

Оптимизация сложности геометрии

Минимизация геометрической сложности повышает производительность рендеринга, особенно на мобильных устройствах с ограниченными возможностями графического процессора. Это включает в себя использование меньшего количества вершин и треугольников, объединение объектов для уменьшения количества вызовов отрисовки и удаление нерендеренной или ненужной геометрии. Такие методы, как упрощение сетки, уровень детализации (LOD) и отсечение по пирамиде видимости или окклюзии, могут значительно снизить нагрузку на графический процессор и увеличить частоту кадров.

Как оптимизировать

Используйте инструменты профилирования и отладчики графического процессора, такие как RenderDoc , Android GPU Inspector или другие анализаторы производительности, чтобы выявить узкие места в производительности, связанные с геометрией.

1. Уменьшите количество треугольников: сведите к минимуму использование полигонов, особенно для небольших или удаленных объектов.

2. Используйте уровень детализации (LOD): в зависимости от расстояния до камеры автоматически используются более простые сетки.

3. Объединение небольших сеток: консолидация статических объектов для уменьшения количества вызовов отрисовки и нагрузки на процессор.

4. Отсечение по пирамиде видимости и окклюзии: Избегайте отрисовки объектов, находящихся за пределами поля зрения или заслоненных другими элементами.

Удалите ненужные вложения

Дополнительные параметры рендеринга (например, цвет, глубина, трафарет) потребляют пропускную способность памяти и ресурсы графического процессора, даже если они не используются. Удаление ненужных или избыточных параметров повышает производительность и снижает энергопотребление, особенно на мобильных платформах.

Как оптимизировать

Используйте инструменты профилирования и отладчики графического процессора, такие как RenderDoc , Android GPU Inspector или другие анализаторы производительности, чтобы выявить узкие места в производительности, связанные с геометрией.

1. Проверьте фактическое использование: есть ли какие-либо вызовы отрисовки или шейдеры, которые записывают или считывают данные из прикрепленного файла?
2. Проанализируйте выходные данные кадра: используйте RenderDoc или аналогичные утилиты, чтобы определить, вносит ли прикрепленный файл вклад в итоговое изображение.
3. Рассмотрите возможность использования временных или фиктивных подключений: для временных данных, не требующих постоянного хранения, следует использовать временные подключения или операцию сохранения "Don't Care".

Оптимизация точности шейдеров

Использование чрезмерно высокой точности (например, highp вместо mediump или lowp ) в шейдерах увеличивает нагрузку на графический процессор, энергопотребление и нагрузку на регистры, особенно на мобильных графических процессорах. Использование минимально необходимой точности для переменных (например, позиций, цветов, UV-координат) позволяет повысить производительность без заметного визуального эффекта.

Как оптимизировать

Используйте инструменты профилирования и отладчики графического процессора, такие как RenderDoc, Android GPU Inspector или другие анализаторы производительности, чтобы выявить узкие места в производительности, связанные с геометрией.

1. Проверьте код шейдера: оцените переменные шейдера и убедитесь, что высокая точность используется только при необходимости, например, для вычислений глубины или экранного пространства. Используйте среднюю или низкую точность для цветов, UV-координат или значений, не требующих высокой точности.

2. Используйте отладчики графического процессора: диагностические утилиты, такие как RenderDoc или мобильные профилировщики графических процессоров (например, AGI, Mali/GPU Inspector), выявляют повышенное использование регистров или задержки шейдеров, связанные с проблемами точности.

Включить отсечение задних граней

Для твердых объектов часто нет необходимости отображать треугольники, обращенные от камеры (задние грани).

Как оптимизировать

Использование VK_CULL_MODE_NONE может негативно повлиять на производительность, поскольку оно заставляет графический процессор отрисовывать как лицевую, так и обратную сторону граней, что увеличивает нагрузку на рендеринг.

Свести к минимуму избыточное отображение в сценах пользовательского интерфейса.

Исключите ненужные вызовы отрисовки и проходы рендеринга, особенно в сценах пользовательского интерфейса, чтобы повысить производительность рендеринга и снизить нагрузку на графический процессор. Например, в сцене пользовательского интерфейса, где весь мир отрисовывается перед наложением интерфейса на экран, отрисовка мира становится излишней.

Как оптимизировать

Используйте отладчик для графического процессора, например RenderDoc , чтобы проанализировать конвейер рендеринга и выявить следующие возможности оптимизации:

1. Проверьте отсутствие излишнего перерисовывания. В контексте пользовательского интерфейса, где может отображаться весь экран, убедитесь, что предыдущие проходы рендеринга не перерисовываются без необходимости.
2. Включите проверку глубины и отсечение для оптимизации производительности.
3. Рассмотрите возможность отображения в порядке от переднего плана к заднему.