メッシュシェーダーパイプラインの概要

RTX Turing および AMD RDNA 2.0 GPU では、新しいジオメトリ処理パイプラインが導入されています。このパイプラインは、Amplification Shader とメッシュシェーダーという 2 つの新しいプログラマブルシェーダーステージで構成されており、入力アセンブラーおよびテセレーターのハードウェアを使用しません。両ステージともコンピュートに近い動作で、スレッドグループを公開し、生成されたスレッド ID を唯一の入力として利用しますが、ジオメトリ処理の投入に関連する機能も提供します。この新しいパラダイムは、インデックス/頂点のフェッチをプログラマブルシェーダーへオフロードする効果があり、GPU のコア数とメモリ帯域幅に応じてスケールできるようになります。これは入力アセンブラーの拡大するボトルネックを回避し、改善された一貫したレートで GPU に作業を投入できるようにします。また、オンチップメモリを用いたパイプライン処理で、プリミティブ単位まで含む複数の粒度でジオメトリを早期にカリングするインターフェイスも提供します。 図 1. メッシュシェーダーパイプラインのステージ。緑色のステージはプログラマブルです。青色のステージは固定機能です。

メッシュシェーダー

メッシュシェーダー (MS) は、本質的にはコンピュートシェーダーであり、頂点、インデックス、プリミティブデータをプリミティブアセンブラーにエクスポートするためのステージ固有の組み込み関数を備えています。すべてのデータは、シェーダーコード内で定数バッファービュー (CBV) およびシェーダーリソースビュー (SRV) から明示的にフェッチする必要があります。つまり、開発者はドローコールの捉え方を、コンピュートシェーダーのワークフローに沿ったものへと再調整する必要があります。シェーダーの作成者は、スレッドグループサイズを決定し、各スレッドをどのように使ってワークロードを完成させるかを決めます。シェーダーウェーブ組み込み関数とグループ共有メモリを利用して、データを共有し、ラスタライズ対象のプリミティブリストを効率的に構築できます。図 2. メッシュシェーダーのみのパイプラインをバインドした状態で DispatchMesh(4, 1, 1) 呼び出しからディスパッチされる GPU 作業の可視化。コンピュートシェーダーと同様に、DispatchMesh は x、y、z の各次元におけるスレッドグループ数を必要とします。指定した数のメッシュシェーダースレッドグループが実行のためにディスパッチされます。

Amplification Shader

Amplification Shader (AS) は、メッシュシェーダーステージの前に位置するオプションのステージです。このステージもコンピュートに近く、メッシュシェーダースレッドグループのクラスターを動的にディスパッチする機能を持ちます。各スレッドグループは、ディスパッチするメッシュシェーダースレッドグループの数を自身で計算します。各スレッドグループはまた、生成する各メッシュシェーダースレッドグループに渡すために、最大 16 KB の共有カスタムペイロードデータを保持します。このデータはグループ共有メモリから直接エクスポートできます。 Amplification Shader の機能により、シェーダープログラムはカスタム条件に基づいてワークロードを動的に減少または増加させることができます。これにより、粒度の低い効率的なカリングやカスタムテセレーションが可能になります。図 3. AS-MS パイプラインステート (PS) オブジェクトのディスパッチの可視化。一部の AS スレッドグループは MS スレッドグループのディスパッチを選択します。他はまったくディスパッチしない場合もあります。

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