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Profiling GPU – PIX (1h)

Introduction

Le profiling GPU permet d'identifier et de comprendre les goulots d’étranglement. Plusieurs types de bottlenecks peuvent être identifiés dans un shader : la bande passante mémoire, l’utilisation des ALU (arithmetic logic units), le sampling, ou l'interpolationn des varying...
Il est donc essentiel de comprendre les limitations techniques du GPU que l’on utilise.

Les outils

Il existe de nombreux outils de profiling GPU selon les fabricants d’API ou d’hardware :

Plateforme / Système Outil de Profilage / Debug GPU Remarques
DirectX (PC Windows) PIX
Metal (macOS / iOS) Instruments / Xcode GPU Frame Capture
AMD AMD Radeon™ GPU Profiler
NVIDIA (PC, Laptop, Workstation) Nsight
Nintendo Switch NX Graphics Debugger Disponible uniquement pour développeurs agréés
Android (OpenGL / Vulkan / GPU) Adreno Profiler, ARM Mali GPU Profiler Selon le GPU du device
PlayStation 5 PS5 GPU Profiler Disponible uniquement pour développeurs enregistrés
Xbox Series X/S Xbox Developer Kit GPU Profiler Disponible uniquement pour développeurs enregistrés

Quelques exemples

Xcode possède d’excellents outils de profiling CPU / mémoire / GPU, ainsi que du shader profiling :
Documentation Xcode Shader Tools

Overview
XcodeGPU1

GPU profiling
XcodeGPU2

Shader profiling
XcodeGPU3

Mali Offline Compiler :
Vidéo explicative

Mali offline compiler

TP

Pour ce TP, nous allons utiliser PIX, version 2509
Télécharger Pix

Nous allons analyser une frame de mon PFE sous DirectX 12 sur PC.
Gardez en tête que ce projet est conçu pour tourner sur Nintendo Switch :
le test sera donc biaisé par le matériel utilisé, mais ce biais reste acceptable pour comprendre le profiling GPU.

Télécharger le jeu (304.7 Mo) Télécharger la capture (534.6 Mo)

Ajoutez l’onglet Pipeline à côté de l’onglet Warning et sélectionnez-le.
Sélectionnez RTV 0 et explorez le champ Visualization.

Déployez ensuite la fenêtre Execution Duration dans la timeline.

Comprendre le contexte du jeu

Question

Décrivez rapidement les grandes étapes de rendu du jeu.
Le jeu tourne normalement à 60 FPS sur Switch. Pourquoi tourne-t-il légèrement au-dessus de 60 FPS sur PC ?

Comprendre le système de terrain

Nous allons commencer par étudier le terrain.

Question

Estimez rapidement le temps nécessaire pour calculer le terrain.
Comprenez-vous comment il est rendu ?
Connaissez-vous le nom de cette technique ?
Quels en sont les avantages ?
Quels sont ses plus gros désavantages ?
Quelles optimisations proposeriez-vous ?

switchGPU
TerrainSampling

Les robots

Question

Combien de temps faut-il pour rendre les robots ?
Comment sont-ils rendus, et avec quelle technique ?
Cette technique a-t-elle un impact sur le GPU selon vous ?

Dans la fenêtre Tools > Dr PIX, sélectionnez Primitive & Rasterization.
Choisissez l’event du draw des robots, lancez un test et notez la valeur de Quad Efficiency.
Faites le même test avec un terrain.

Question

Que remarquez-vous ?
Pourquoi cette valeur n’est-elle pas de 100% pour le terrain ?

Je vous recommande cette vidéo pour comprendre l’importance de ce phénomène :
When Optimisations Work, But for the Wrong Reasons – SimonDev

Comprendre les unités du GPU

Pour analyser un shader en profondeur, il est important de connaître les unités impliquées :

  • Varying (Interpolation)
  • ALU
    (plusieurs types selon le GPU ; certaines unités sont spécialisées en FP16 ou FP32, d’autres dans les FMA, etc.)
  • Texture load / read / sampler
  • Autres unités spécialisées…

Ressources

Pistes de profiling simples :

  • Texture atlas
  • VAT
  • Instancing
  • Merger les props
  • Traquer les micro-triangles

Liens utiles :