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shader_memory_layout.adoc

File metadata and controls

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쉐이더 메모리 레이아웃

구현이 인터페이스에서 메모리로 접근할 때, 메모리 레이아웃이 어떻게 구성되는지 알아야 합니다. 여기에는 오프셋, 스트라이드(stride), 정렬(alignments)와 같은 것들이 포함됩니다. Vulkan 사양서에는 이에 대한 전용 섹션이 있지만, 사양서 언어에 복잡성을 더하는 다양한 확장으로 인해 파싱하기가 어려울 수 있습니다. 이 장에서는 Vulkan이 사용하는 모든 메모리 레이아웃 개념을 몇 가지 고수준 쉐이더 언어(GLSL) 예제와 함께 설명합니다.

정렬 요건(Alignment Requirements)

Vulkan에는 인터페이스 객체를 배치할 수 있는 3가지 정렬 요건이 있습니다.

  • 확장 정렬 (std140 이라고도 함)

  • 기본 정렬 (std430 이라고도 함)

  • 스칼라 정렬

정렬에 대한 사양 언어에서는 다음 블록 멤버형 마다 규칙을 세분화합니다.

  • scalar (float, int, char, etc)

  • vector (float2, vec3, uvec4, etc)

  • matrix

  • array

  • struct

VK_KHR_uniform_buffer_standard_layout

Note

Vulkan 1.2에서 코어 승격

이 확장을 통해 UBO에서 std430 메모리 레이아웃을 사용할 수 있습니다. Vulkan 표준 버퍼 레이아웃 인터페이스는 이 가이드 외부에서 확인할 수 있습니다. 이러한 메모리 레이아웃 변경은 푸시 상수 및 SSBO와 같은 다른 저장소 항목에서 이미 std430 스타일 레이아웃을 허용하므로 Uniforms 에만 적용됩니다.

uniformBufferStandardLayout 기능이 필요한 경우의 일례로 애플리케이션이 UBO 배열의 스트라이드를 확장 정렬 로 제한하고 싶지 않을 때입니다.

layout(std140, binding = 0) uniform ubo140 {
   float array140[8];
};

layout(std430, binding = 1) uniform ubo430 {
   float array430[8];
};

SPIR-V에서는 다음과 같습니다

// 배열의 확장 정렬은 16의 배수로 반올림됩니다.
OpDecorate %array140 ArrayStride 16

// 기본 정렬은 4 바이트(OpTypeFloat 32) 입니다.
// uniformBufferStandardLayout 기능이 활성화된 경우에만 유효
OpDecorate %array430 ArrayStride 4

SPIR-V 유효성 검사기를 실행할 때 --uniform-buffer-standard-layout 을 설정해야 합니다.

VK_KHR_relaxed_block_layout

Note

Vulkan 1.1에서 코어로 승격됨

이 확장을 위한 기능 비트가 추가되지 않았기 때문에 모든 Vulkan 1.1+ 장치는 완화된 블록 레이아웃을 지원합니다.

이 확장 기능을 통해 블록의 오프셋 수식에 더 많은 변형을 지원할 수 있음을 나타낼 수 있습니다. 이 문제는 std430 메모리 레이아웃을 사용할 때 발생하는데, vec3 (12바이트)가 여전히 16바이트 정렬로 정의되어 있습니다. 블록 레이아웃을 완화하면 애플리케이션은 vec3 의 양쪽에 float 를 배치하고 그 사이에 16바이트 정렬을 유지할 수 있습니다.

// 릴랙스 블록 레이아웃을 사용하지 않는 경우의 SPIR-V 오프셋
layout (set = 0, binding = 0) buffer block {
    float b; // Offset: 0
    vec3 a;  // Offset: 16
} ssbo;

// 릴랙스 블록 레이아웃을 사용하는 경우의 SPIR-V 오프셋
layout (set = 0, binding = 0) buffer block {
    float b; // Offset: 0
    vec3 a;  // Offset: 4
} ssbo;

VK_KHR_relaxed_block_layout 은 VK_EXT_scalar_block_layout 의 하위 집합으로 볼 수도 있습니다

Note

SPIR-V 유효성 검사기를 실행하고 Vulkan 1.0 환경을 사용할 때 --relax-block-layout 을 설정해야 합니다.
Note

현재 GLSL에는 릴랙스 블록 레이아웃을 공식적으로 표현하는 방법이 없지만, 개발자가 --hlsl-offsets 과 glslang 을 함께 사용하여 원하는 오프셋을 생성할 수 있습니다.

VK_EXT_scalar_block_layout

Note

Vulkan 1.2에서 코어로 승격됨

이 확장 기능을 사용하면 대부분의 스토리지 유형을 `스칼라 정렬`로 정렬할 수 있습니다. 가장 큰 차이점은 16바이트 경계를 넘나들 수 있다는 점입니다.

GLSL에서는 scalar 키워드 및 확장자와 함께 사용할 수 있습니다

#extension GL_EXT_scalar_block_layout : enable
layout (scalar, binding = 0) buffer block { }
Note

SPIR-V 유효성 검사기를 실행할 때 --scalar-block-layout 을 설정해야 합니다.
Note

Workgroup 스토리지 클래스는 VK_EXT_scalar_block_layout 에서는 지원되지 않으며, 스칼라 지원을 활성화하려면 VK_KHR_workgroup_memory_explicit_layout의 workgroupMemoryExplicitLayoutScalarBlockLayout 이 필요합니다.

정렬 예제

다음은 지원되는 정렬의 차이를 더 잘 이해하는 데 도움이 되는 몇 가지 GLSL과 SPIR-V의 예제입니다.

정렬 예제 1

layout(binding = 0) buffer block {
    vec2 a[4];
    vec4 b;
};

SPIR-V에서는 다음과 같습니다

// 확장 정렬 (std140)
OpDecorate %vec2array ArrayStride 16
OpMemberDecorate %block 0 Offset 0
OpMemberDecorate %block 1 Offset 64

// 스칼라 정렬과 기본 정렬 (std430)
OpDecorate %vec2array ArrayStride 8
OpMemberDecorate %block 0 Offset 0
OpMemberDecorate %block 1 Offset 32

정렬 예제 2

layout(binding = 0) buffer block {
    float a;
    vec2 b;
    vec2 c;
};

SPIR-V에서는 다음과 같습니다

// 확장 정렬 (std140) 과 기본 정렬 (std430)
OpMemberDecorate %block 0 Offset 0
OpMemberDecorate %block 1 Offset 8
OpMemberDecorate %block 2 Offset 16

// 스칼라 정렬
OpMemberDecorate %block 0 Offset 0
OpMemberDecorate %block 1 Offset 4
OpMemberDecorate %block 2 Offset 12

정렬 예제 3

layout(binding = 0) buffer block {
    vec3 a;
    vec2 b;
    vec4 c;
};

SPIR-V에서는 다음과 같습니다

// 확장 정렬 (std140) 과 기본 정렬 (std430)
OpMemberDecorate %block 0 Offset 0
OpMemberDecorate %block 1 Offset 16
OpMemberDecorate %block 2 Offset 32

// 스칼라 정렬
OpMemberDecorate %block 0 Offset 0
OpMemberDecorate %block 1 Offset 12
OpMemberDecorate %block 2 Offset 20

정렬 예제 4

layout (binding = 0) buffer block {
    vec3 a;
    vec2 b;
    vec2 c;
    vec3 d;
};

SPIR-V에서는 다음과 같습니다

// 확장 정렬 (std140) 과 기본 정렬 (std430)
OpMemberDecorate %block 0 Offset 0
OpMemberDecorate %block 1 Offset 16
OpMemberDecorate %block 2 Offset 24
OpMemberDecorate %block 3 Offset 32

// 스칼라 정렬
OpMemberDecorate %block 0 Offset 0
OpMemberDecorate %block 1 Offset 12
OpMemberDecorate %block 2 Offset 20
OpMemberDecorate %block 3 Offset 28