粗略判斷Shader每條代碼的成本

此文轉自： https://zhuanlan.zhihu.com/p/34629262

 

Unity對Shader文件進行編譯的時候，DX9和DX11的版本會直接生成彙編碼。

length(i.worldPos)

DX9

dp4 r0.x, v0, v0
rsq r0.x, r0.x
rcp_pp oC0, r0.x

DX11

dp4 r0.x, v1.xyzw, v1.xyzw
sqrt o0.xyzw, r0.xxxx

 

因爲這些代碼是最終的指令，大部分指令執行時間是「差很少」的，能夠用來預估計算量。但移動平臺則是各廠商驅動各自進行的編譯，各家都不同，很差判斷。

但DX9畢竟針對的是很是古老的硬件，很難想象現代GPU還會和它保持同樣。實際的指令應該會更接近於DX11。

如下爲列表（用|隔開的數據，前面的部分是計算單份量時的指令數，後面的部分是計算float4時的指令數）

總結一下即是：

• 反三角函數很是費
• abs和saturate是免費的
• 除了反三角函數外，fmod和smoothstep比預期更費
• log,exp,sqrt（單份量）的成本實際上很低，因此由他們組合成的pow也不高
• sin,cos在DX11使用了專門一條單指令，成爲了低成本函數

另外還有個基本常識：絕大部分GPU是一次性計算4個份量，計算一個float4和只計算單個float耗時是同樣的。當計算float時，剩下三個份量的時長會被浪費。

 

然而，每條指令的時間成本確實多是不同的。這個和具體硬件有關。

很難找到移動平臺具體GPU的數據，能夠參考下文看看一些主流GPU的狀況，相信他們老是有一些共性的。

shader function or instruction cost (performance)

 

結果是，1/x, sin(x), cos(x), log2(x), exp2(x), 1/sqrt(x)這些指令的時間成本是同樣的，並且和普通的四則運算很接近（我的猜想是經過查表實現的）。

可是sin,cos畢竟在舊硬件上成本較高，因爲不清楚硬件的具體狀況，仍是要儘量少用。

 

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預估成本還有一個辦法，是根據公開的GPU的GFLOPS（Floating-point Operations Per Second每秒執行浮點運算次數）

GPU GFLOPS​gflops.surge.sh

來評估每一個着色器理論極限算力，便能知道一個着色器裏能夠容許多少條基本指令。

這固然很不精確，由於紋理採樣，頂點，光柵化等等衆多成本都沒有考慮在內，可是有必定的參考價值。

iPhone 4s使用的芯片是Apple A5，它的FLOPS是12.8G，屏幕分辨率是960x640，分到一幀的一個像素後，結果是

12.8*1024^3/960/640/60 = 372。

根據FLOPS的定義，時間最短的基本指令「乘加(MAD)」須要花掉2FLOPS，那麼單個屏幕像素能執行186條指令。

假設Overdraw是5，那麼一個像素着色器能執行37指令。

 

雖然37指令這個結果顯然比實際多多了，但起碼是在合適的數量級範圍內。能夠經過幀率測試來計算「損耗比例」究竟是多少。

並且，這樣作咱們其實獲得了一個上限值。若是你在像素單元的指令數超過了37（好比用了兩次atan2），那從物理角度是絕對不可能達到滿幀的。