Havok引擎与CPU+GPU异构运算

    ● Havok引擎与CPU+GPU异构运算

    目前在游戏中应用最广的物理效果有粒子、流体、软体、关节和布料五大类，借助这些效果，我们的图形世界将会变得更加真实细致。从游戏发展的轨迹来看，大家都在力求一种“现实”的效果，从最1994年Doom Ⅱ那种粗糙的3D效果到2008年的Crysis，游戏的3D效果和光影效果都有了长足的进步。如何让游戏表现出更真实的一面，放在大家面前的有两条路。第一条就是增加特效，如DX8、DX9、DX10，这样的特效更多表现的是一种“静态”的效果。而另一条路则是增加如爆炸、布料摆动、关节运动等“动态”方面的真实效果。

    物理运算有两大特点，第一是高并行度，第二是高运算密度，这两大特点刚好符合我们之前所分析的并行计算结构，所以从物理效果提出之时，人们就在寻找加速比更高的硬件解决方案来进行物理运算。AGEIA公司在GDC2005游戏开发者大会上推出了物理处理器PPU（Physics Processing Unit），被称为05年度图形领域的重大技术创新。这种芯片可以通过其内部的大量并行浮点处理器来运算物理特效，解放任务繁重的CPU。不过PPU的劣势就是需要附加运算卡才能实现，功能较为单一，整体实现成本方面也没有做到最优。

物理引擎发展的挑战与应对

    随后使用GPU进行物理加速走进了人们的视野，GPU天生拥有较高的并行度，同时其内部可编程浮点单元能够执行物理运算。同时随着GPU内部结构不断完善，调度器、发射端和寄存器资源已经能够支撑GPU进行损失较小的上下文切换，这是GPU在执行图像渲染的同时进行物理加速工作的前提。而NVIDIA和AMD也都选择了相应的物理加速引擎为自己服务。

    和现在广为人知的PhysX物理引擎相对的是AMD选择的Havok物理引擎，这是业界知名度最高的拥有广泛游戏资源支持的物理引擎。Havok发展到2005年的时候，已经可以在微软的视窗操作系统、Xbox与Xbox360，任天堂的GameCube与Wii、索尼的PS2、PS3与PSP、苹果电脑的Mac OS X、Linux等操作系统或游戏主机上使用。此游戏引擎是用C语言／C++语言所撰写而成。

AMD与Havok物理引擎始终保持密切合作

    2006年，Havok物理引擎在基于CPU系统上获得众多支持的时候终于决定转向GPU系统，Havok FX引擎应运而生。Havok FX将物理运算分为特效和游戏运算，特效运算（如爆炸时的烟雾）将会由GPU的Shader Model 3.0来进行运算，进而减轻CPU的负担。而游戏物理运算则仍然由CPU处理。

    但是随着Havok被Intel收购，基于GPU的物理引擎开发几乎陷入停滞。因为Intel当时的CPU发展思路已经转向了提高并行度，同时Intel程序中充满分支和循环嵌套的物理特效在GPU上难以完成，所以Intel让更多物理效果在CPU上运行。但是后期的GPU发展远超Intel预料，所以后期Havok还是和AMD不断合作谋求在GPU带来的更高加速比。

借助OpenCL接口Havok引擎开始异构计算

    在GDC09展览中，演示中的Havok引擎使用了ATI的显示核心作为加速。由于引擎是基于OpenCL架构进行开发，所以处理器和显示核心都可以为其进行计算。基于GPU的Havok引擎发展，意味着AMD提倡多年的异构计算模式终于在更多领域找到了用武之地。虽然目前Havok引擎在GPU上的游戏数量少之又少，但是Havok引擎在CPU支持方面垄断了绝大部分游戏的物理加速接口。同时随着更多的CPU-GPU异构模式Demo推出，物理运算加速比相比纯GPU模式将会更好。