GPU的新應(yīng)用:淺談瀏覽器硬件加速之爭(zhēng)
泡泡網(wǎng)顯卡頻道11月3日 近段時(shí)間，我們經(jīng)?？梢詮木W(wǎng)絡(luò)上看到關(guān)于瀏覽器硬件加速的報(bào)道，似乎在一夜之間所有的瀏覽器都開(kāi)始討論硬件加速這一話題，IE9、Firefox、Google Chrome 都在積極的準(zhǔn)備著為瀏覽器迎來(lái)完整硬件加速的支持。今天，我們這片文章就主要談?wù)劄g覽器的硬件加速。
● 何謂硬件加速
根據(jù)維基百科的解釋，硬件加速就是指在計(jì)算機(jī)中通過(guò)把計(jì)算量非常大的工作分配給專門的硬件來(lái)處理來(lái)減輕中央處理器的工作量的技術(shù)。
從上面這句話中我們就不難看出，硬件加速首先應(yīng)該具備減輕中央處理器工作量的特征，同時(shí)需要有專門的硬件來(lái)處理。為了有便于大家更好的理解，筆者在這里對(duì)“硬件加速”這個(gè)詞用更加通俗的語(yǔ)言解釋一下。
大家知道，計(jì)算機(jī)中最重要的是CPU（中央處理器），它之所以重要，并不僅僅因?yàn)樗钦麄€(gè)電腦的心臟，而且在計(jì)算能力方面是全能型的，只要是運(yùn)算方面的事情，理論上那個(gè)CPU都能夠搞定，比如CPU可以渲染圖像，可以解碼視頻、可以解碼音頻、可以3D渲染，但在執(zhí)行效率方面，就不如專門的硬件了。比如使用GPU來(lái)進(jìn)行圖像、視頻的處理，使用獨(dú)立聲卡來(lái)進(jìn)行音頻的處理，甚至在早些年，視頻解壓、采集等等都需要專門的硬件（顯卡未能支持）。
90年代使用輔助處理器實(shí)現(xiàn)的浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算硬件加速
在計(jì)算機(jī)中，CPU由于要管的事情太多（幾乎所有的事情它多少都會(huì)參與，至少會(huì)下達(dá)指令），所以節(jié)約CPU的資源就是硬件加速的重要目的，閑置的CPU資源就可以用來(lái)干更多的事情。這就是硬件加速的根本目的。
● GPU硬件加速
在所有類型的硬件加速中，GPU硬件加速是最為引人注目的，甚至當(dāng)今人們一說(shuō)到硬件加速就會(huì)默認(rèn)當(dāng)作GPU硬件加速，為什么GPU的硬件加速會(huì)如此受關(guān)注呢？這還得從GPU的應(yīng)用說(shuō)起。
GPU最初的功能雖然只是用來(lái)渲染圖像（2D/3D），但是由于人們對(duì)虛擬視覺(jué)的要求永無(wú)止境，導(dǎo)致現(xiàn)在GPU和CPU一樣，成為了計(jì)算機(jī)中最重要的設(shè)備之一，所以大家可能會(huì)看到，有不少的品牌電腦廠商在廣告中都將“顯卡”的介紹放在了第一位，這也是由于GPU的重要程度決定的。
相對(duì)于其他硬件來(lái)說(shuō)，GPU最大的特性就是運(yùn)算能力強(qiáng)大，甚至比CPU的運(yùn)算能力要強(qiáng)大很多倍（3D游戲渲染對(duì)運(yùn)算器的要求非常高），但由于并不是所有時(shí)間GPU都在滿負(fù)荷工作，所以如何利用GPU的潛能就成了這幾年業(yè)界關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)，也就是所謂的“GPU硬件加速”。
現(xiàn)在，有非常非常多的應(yīng)用都可以使用GPU來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件加速，比如高清視頻的播放、視頻格式的轉(zhuǎn)換、蛋白質(zhì)折疊運(yùn)算、大規(guī)模的浮點(diǎn)運(yùn)算等等，而GPU通用計(jì)算在最近這幾年也得到了蓬勃的發(fā)展，GPU能做的事情越來(lái)越多，甚至密碼破解、病毒掃描等等亂七八糟、歪門邪道的事情都可以使用GPU加速。
作為普通用戶進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)世界的入口，瀏覽器恐怕要數(shù)現(xiàn)在每天使用率最為頻繁的軟件，而Web應(yīng)用的趨勢(shì)讓瀏覽器可能成為今后的應(yīng)用平臺(tái)，比如Google公司即將發(fā)布的 Chrome OS 操作系統(tǒng)，就完全是一款瀏覽器操作系統(tǒng)，所有的操作都只能在瀏覽器中完成。
HTML以及JavaScript技術(shù)的發(fā)展也讓瀏覽器中的內(nèi)容變得更加豐富和有趣，在網(wǎng)頁(yè)中辦公、玩游戲、甚至處理圖像都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并逐漸成為了非常平常的事情，而未來(lái)瀏覽器中還會(huì)出現(xiàn)大型的3D游戲、高清晰的多媒體視頻，如果還是像傳統(tǒng)的瀏覽器一樣，將這些工作全部都交給CPU來(lái)處理的話，CPU將不堪重負(fù)，而且壓根也完成不了這些工作。所以，瀏覽器的GPU加速已經(jīng)迫在眉睫。
基于Web的硬件加速雖然好幾年前就一直在提，但相關(guān)的進(jìn)展一直都非常緩慢，尤其是 Google 還沒(méi)有推出 Chrome 瀏覽器的時(shí)候，瀏覽器從技術(shù)方面可以說(shuō)有很多年都沒(méi)有明顯的更新。
隨著 Google Chrome 瀏覽器的崛起，更多用戶也越來(lái)越認(rèn)識(shí)到了瀏覽器的重要性，F(xiàn)irefox 和 Google Chrome 都雙雙蠶食著 IE瀏覽器的市場(chǎng)份額，在這種情況下微軟必須要振作了。Windows 7 發(fā)布之前，微軟推出了 IE 8瀏覽器，現(xiàn)在，IE9 Beta 版已經(jīng)發(fā)布，最重要的是——IE9瀏覽器直接支持GPU硬件加速功能。
IE9 Beta 的發(fā)布讓瀏覽器的GPU硬件加速一夜之間成為了熱門話題，隨后Firefox、Google Chrome 等瀏覽器都紛紛將硬件加速功能作為當(dāng)務(wù)之急，Opera 更是率先開(kāi)始研究移動(dòng)平臺(tái)上的瀏覽器硬件加速，瀏覽器廠商開(kāi)始了“硬件加速之爭(zhēng)”。
在IE9中，微軟使用了Direct2D、DirectWirte、XPS等新技術(shù)進(jìn)行文字、圖像、視頻、SVG等內(nèi)容的渲染。Direct2D的加入可以讓瀏覽器調(diào)動(dòng)GPU來(lái)優(yōu)化渲染豐富的圖形，從而帶來(lái)更快的Web程序運(yùn)行速度，以及更高質(zhì)量的瀏覽體驗(yàn)。
對(duì)一些圖形操作來(lái)說(shuō)，GPU是更合適的選擇，比如GPU在執(zhí)行Alpha混合與雙線性圖形縮放的時(shí)候就比CPU快得多，還可以利用像素著色器執(zhí)行復(fù)雜的每像素計(jì)算。
利用GPU執(zhí)行更多任務(wù)，CPU資源就得以釋放給其他瀏覽器子系統(tǒng)，還能獲得更流暢的動(dòng)畫(huà)和視頻播放效果。
根據(jù)Mozilla提供的資料，F(xiàn)irefox和IE9在Windows平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)方式完全一樣，而在Mac及Linux平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)方式目前還沒(méi)有特別細(xì)的資料。
互聯(lián)網(wǎng)巨頭 Google 自己的 Chrome 瀏覽器也有一套完整的GPU硬件加速方案，而且是一種非常特殊的硬件加速方案。
在硬件加速條件下，GPU接受來(lái)自渲染進(jìn)程的命令，并將其輸入OpenGL 或 Direct3D 進(jìn)行處理，Chrome在此一直落后于其他對(duì)手，原因是Google考慮到安全因素，將瀏覽器的渲染工作安排在一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程內(nèi)，導(dǎo)致無(wú)法與操作系統(tǒng)的硬件接口直接通信。因此為了實(shí)現(xiàn)硬件加速，Chrome需要特殊的方案：
在渲染進(jìn)程和GPU兩者無(wú)法直接通信的情況下，Chrome特意分出了一片共享存儲(chǔ)區(qū)，讓渲染進(jìn)程將命令緩存錄入存儲(chǔ)區(qū)，再等GPU從存儲(chǔ)區(qū)讀取命令，進(jìn)而執(zhí)行相應(yīng)命令。這方案解決了核心問(wèn)題，但因?yàn)槭冀K不是直接通信，功能上還有一定的限制。
依靠這個(gè)結(jié)構(gòu)，Chrome開(kāi)始對(duì)部分內(nèi)容實(shí)施硬件加速。對(duì)于普通的網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容（文本、CSS、靜態(tài)圖片）依舊直接使用CPU渲染，而GPU負(fù)責(zé)大型媒體（如視頻）的加速渲染任務(wù)，更為特殊的WebGL元素，則完全交由GPU渲染。對(duì)各層面的內(nèi)容渲染完成后，最后關(guān)鍵的一步是將所有內(nèi)容揉合進(jìn)同一個(gè)頁(yè)面，這項(xiàng)工作CPU無(wú)法很好勝任，所以這一部分工作也完全可以交由瀏覽器來(lái)完成。
下面，我們就來(lái)檢測(cè)一下目前在IE9瀏覽器上的GPU硬件加速實(shí)現(xiàn)情況，由于目前Firefox和Chrome都還沒(méi)有發(fā)布完整支持硬件加速的正式版本，甚至連公測(cè)版本也還沒(méi)有，所以我們本次只測(cè)試IE9 Beta的硬件加速功能。
點(diǎn)擊查看大圖
測(cè)試平臺(tái)除顯卡之外，使用了兩套完全一樣的平臺(tái)。只是其中一個(gè)平臺(tái)上的顯卡是主板集成的880G，另一個(gè)平臺(tái)上的顯卡為獨(dú)立顯卡GTX460，我們本次主要測(cè)試在一些支持硬件加速的場(chǎng)景中，顯卡本身的性能是否真的對(duì)整體的網(wǎng)頁(yè)性能有很大的影響。
GTX460性能：44FPS流暢
880G性能：8FPS幻燈片
微軟推出的FISHIE TANK是一個(gè)真實(shí)模擬在瀏覽器中實(shí)時(shí)渲染的小應(yīng)用，我們選擇了同時(shí)在屏幕上渲染1000條小魚(yú)，測(cè)試結(jié)果可以看出GTX460渲染1000條小魚(yú)非常輕松，每秒幀數(shù)高達(dá)44幀。相比之下，集成顯卡880G的表現(xiàn)就非常差了，只有8FPS。
● 880G集成顯卡性能
6FPS超級(jí)無(wú)敵卡
10FPS超級(jí)卡
● GTX460獨(dú)立顯卡性能
60FPS滿幀無(wú)懸念
60FPS滿幀無(wú)懸念
這個(gè)叫做視頻萬(wàn)花筒的應(yīng)用非常有意思，它可以將視頻通過(guò)萬(wàn)花筒的方式展現(xiàn)出來(lái)，在萬(wàn)花筒轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)視頻也在繼續(xù)播放，你很難想象這是直接在瀏覽器中實(shí)現(xiàn)的。從測(cè)試結(jié)果我們可以看到，880G和GTX460有著非常顯著的差距，足以證明硬件加速已經(jīng)生效。
880G杯具的12FPS
GTX460又是60FPS的滿幀
Canvas Zoom也是一個(gè)非常有意思的應(yīng)用，主要是在網(wǎng)頁(yè)上對(duì)一副超大照片進(jìn)行縮放操作，由于圖片實(shí)在是太大了，所以如果使用CPU來(lái)計(jì)算將非常困難，故而采用GPU硬件加速。測(cè)試結(jié)果不用懷疑，高性能的GTX460獲得了滿幀，而880G只有杯具的12幀。
Speed Read
880G耗時(shí)：24秒
GTX460耗時(shí)：15秒
SPeed Read是一個(gè)測(cè)試在瀏覽器中快速渲染文字的工具，在固定數(shù)量的文字渲染過(guò)程中，880G使用GPU硬件加速花費(fèi)了24秒時(shí)間完成，而GTX460只花費(fèi)了15秒的時(shí)間，效果非常明顯。
本文我們比較簡(jiǎn)單的介紹了一下目前IE、Firefox以及Google Chrome在瀏覽器GPU硬件加速方面的進(jìn)度和實(shí)現(xiàn)原理，并且對(duì)IE9 BETA的硬件加速效果進(jìn)行了簡(jiǎn)單的測(cè)試。當(dāng)然，在實(shí)際的應(yīng)用上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止我們本文中所介紹的內(nèi)容，微軟就曾經(jīng)表示IE9的一切都可以使用硬件加速，就好象 Windows 7 支持 Direct Compute 一樣，用戶并不知道在什么時(shí)候生效了，但確確實(shí)實(shí)的生效了。
在微軟這樣的業(yè)界龍頭帶動(dòng)下，瀏覽器的GPU硬件加速功能在半年內(nèi)得到了非常迅猛的發(fā)展。對(duì)瀏覽器市場(chǎng)比較了解的朋友應(yīng)該知道，目前IE、FireFox以及Chrome是最流行的3大瀏覽器，這三大瀏覽器如果都完全支持了硬件加速，受益人數(shù)將超過(guò)整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)用戶的90%(這里不考慮瀏覽器更新因素)，可以肯定，瀏覽器的硬件加速將成為未來(lái)瀏覽器的標(biāo)配功能。
瀏覽器的硬件加速也同樣體現(xiàn)出了一個(gè)事實(shí)——CPU的工作正在逐漸被GPU所取代，也就是說(shuō)以后連上網(wǎng)都需要更好的顯卡才能獲得更好的體驗(yàn)，CPU的確應(yīng)該感到鴨梨很大。但是，在執(zhí)行效率方面，GPU的并行計(jì)算架構(gòu)確實(shí)更加適合這樣的工作?？梢源_定的是，雖然CPU的重要性在逐漸降低，但GPU應(yīng)該永遠(yuǎn)不會(huì)取代CPU?！?
關(guān)注我們
