Mesa 3D

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Mesa 3D
Maintainer VMware (bisher Tungsten Graphics)[1]
Entwickler Brian Paul
Aktuelle Version 17.1.5
(14. Juli 2017[2])
Betriebssystem Unix-ähnlich, BSD, Linux
Programmiersprache C, Assembler[3]
Kategorie Grafikbibliothek
Lizenz MIT-Lizenz
mesa3d.org
Mesa DRI und Gallium3D haben unterschiedliche Modelle für Gerätetreiber; beide teilen allerdings große Mengen an freiem Quelltext
Darstellung des Linux-Grafikstacks

Mesa 3D ist eine freie Grafikbibliothek, die die OpenGL-Spezifikation umsetzt und auf vielen Betriebssystemen wie Linux, AmigaOS3, AmigaOS4, SkyOS, Haiku, ZETA und BSD genutzt wird, um OpenGL-Funktionalität zu implementieren. Hardwarebeschleunigte 3D-Grafik ist durch die Kombination mit der Direct Rendering Infrastructure möglich. Die Quellen der Mesa-Bibliothek stehen unter der MIT-Lizenz.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im August 1993 begann Brian Paul mit der Entwicklung einer Grafikbibliothek, die zu der damals neuen OpenGL-Programmierschnittstelle kompatibel sein sollte. Im November 1994 erhielt er die Genehmigung von SGI, Mesa zu veröffentlichen, und im Februar 1995 erschien Mesa 1.0. OpenGL war bis zu diesem Zeitpunkt noch nicht weitreichend verfügbar, und viele Entwickler kamen durch Mesa mit OpenGL in Kontakt. Im Oktober 1996 erschien Mesa 2.0, welches OpenGL 1.1 unterstützte. Die Version 2.2, die im März 1998 erschien, unterstützt die Hardwarebeschleunigung via 3dfx-Glide.

Die am 22. Juni 2007 veröffentlichte Version 7.0 unterstützt erstmals OpenGL 2.1.

Mit der Veröffentlichung der Version 8.0 am 9. Februar 2012 wird die OpenGL-3.0-Spezifikation unterstützt.[4] Mit der Version 9.0 am 8. Oktober 2012 kam die Unterstützung für OpenGL 3.1 hinzu.[5] Ab der Version 10.0 aus dem Jahr 2013 wird OpenGL 3.3 unterstützt.[6]

Mesa 11.x enthält alle Erweiterungen bis OpenGL 4.1 vollständig sowie den Großteil von OpenGL 4.2 bis 4.5.[7]

Seit Mesa 12 implementieren die Treiber für neuere AMD-, Nvidia und Intel-Grafikchips OpenGL 4.3 vollständig. Bis auf eine Erweiterung aus OpenGL 4.4 unterstützt der Intel-Treiber sogar bereits alles für OpenGL 4.5.[8] Zusätzlich enthält Mesa 12 einen Vulkan-Treiber für Intel-Chips ab der Ivy-Bridge-Generation.

Dazu unterstützt offiziell ab Mesa 12 ein neuer Software-Treiber für CPU-Cluster mit Namen "OpenSWR" (Open Software Rasterizer) OpenGL 3.1+.[9] OpenSWR setzt auf LLVMpipe auf und skaliert dabei mit der Rechenleistung sehr gut und ist für große Datensätze gedacht wie sie in numerischen Simulationen vorkommen. Im Vergleich zu LLVMpipe wurden schon Beschleunigungen von Faktor 29 bis 51 erreicht mit Mesa 10.5.1 im Alpha-2-Status im Jahr 2015.[10] In Mesa wird er mit "GALLIUM_DRIVER=swr" eingeschaltet.

Mit Mesa 13 wird OpenGL 4.4 und 4.5 eigentlich voll unterstützt. Intel ab Broadwell, AMD GCN und Nvidia Fermi und Kepler (Maxwell nur 4.1) unterstützen alle Features, werden jedoch teilweise wegen fehlender Zertifizierung noch mit 4.3 oder 4.4 (13.0.1) angezeigt.[11][12]

In Version 17.0 (neue Zählung [13]) gibt es einige Verbesserungen (siehe Mesamatrix). Für Intel steht bei Haswell OpenGL 4.5 (bisher 3.3, mit nur 3 fehlenden Modulen in 4.0 und 4.1) und fast komplett OpenGL ES 3.2 zur Verfügung.[14][15] Die Zertifizierung von OpenGL 4.4 für NVIDIA Fermi und Kepler, sowie 4.5 für AMD GCN steht nun auch hier zur Verfügung, nachdem dies in 13.0.x noch nicht geklappt hat. OpenGL 4.3 steht für NVIDIA Maxwell und Pascal (GM107+) am Start.[16] Jedoch nur Maxwell 1 (GeForce GTX 750 und andere mit GM1xx) profitiert von starken Gewinnen durch Erhöhung der Taktfrequenzen unter Last. Weiterhin leidet Maxwell 2 (GeForce 980 und andere mit GM2xx) unter dieser fehlenden Regelung so stark, dass nur 1/3 bis 1/2 der möglichen Leistung mit Mesa verfügbar ist.[17]

Khronos stellt seine CTS (test Suite) für OpenGL 4.4, 4.5 und OpenGL ES 3.0+ nun Open Source. Damit sind Tests nun kostenlos möglich auch für alle nicht kommerziellen Entwickler. Für Mesa 13 und 17 sind damit für einige Module wie Nouveau höhere OpenGL-Stufen möglich nach bestandenen Tests.[18]

Version 17.1.0 ist seit 10. Mai 2017 verfügbar mit einigen Verbesserungen wie OpenGL 4.2 für Intel Ivybridge (für Gen 7 bisher 3.3) und weiterer Beschleunigung für Nvidia Maxwell und Pascal, sowie für Vulkan mit verbessertem RADV und ANV. [19][20]

Softwarestufen der Mesa-API mit Bugfixes[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

OpenGL 1.2+ 3.5
OpenGL 1.3+ 4.0.4
OpenGL 1.4+ 5.0.2
OpenGL 1.5+ 6.0.1
OpenGL 2.1+ 6.5.3, 7.0.4, 7.4.4, 7.5.2, 7.6.1, 7.7.1, 7.8.2, 7.9.2, 7.10.3, 7.11.2
OpenGL 3.0+ (ES 2.0) 8.0.5
OpenGL 3.1+ (ES 2.0) 9.0.3, 9.1.7, 9.2.5
OpenGL 3.3+ (ES 3.0) 10.0.5, 10.1.6, 10.2.9, 10.3.7, 10.4.7, 10.5.9, 10.6.9
OpenGL 4.1+ (ES 3.0+) 11.0.9, 11.1.4, 11.2.2
OpenGL 4.3+ (ES 3.1+), Vulkan 1.0 12.0.6 [21][22][23][24][25][26][27]
OpenGL 4.4+ (ES 3.2), Vulkan 1.0 13.0.6 (OpenGL 4.5 nicht zertifiziert) [28][29][30][31][32][33][34]
OpenGL 4.5+ (ES 3.2), Vulkan 1.0 17.0.7 (Juni 2017, Ende Bugfix) [35][36][37][38][39][40][41][42]
OpenGL 4.5+ (ES 3.2), Vulkan 1.0 17.1.5 (Juli 2017) [43][44][45][46][47][48]
OpenGL 4.5+ (ES 3.2), Vulkan 1.0 17.2.0 (Geplant im August 2017) [49]

Die Zweige der jeweiligen Treiber unterstützen diese Stufen oft erst in späteren Versionen. Deshalb sollte möglichst eine aktuelle Version passend zum System und der Hardware installiert sein, um Limitierungen und Fehlern aus dem Weg zu gehen und um die Leistung zu maximieren. Beim Update von Mesa 12 auf 13 konnte die Leistung um bis zu 70 % gesteigert werden bei AMD Radeon RX 480 mit Ubuntu 16.10 und Linux 4.8.[50]

Aktuelle Grafikkarten sind oft durch fehlende Informationen wie zum Beispiel zum Powermanagement in ihrer Leistung limitiert. Später stehen diese oft erst Jahre nach Verkaufsende der Baureihe zur Verfügung. So ist eine NVIDIA GTX 680 (Kepler) bis zu 10-mal schneller in Mesa 12.0 als neuere Karten der eigentlich schnelleren Maxwell-Architektur.[51] Mit den Versionen 13 und 17 wurde Maxwell 1 stark beschleunigt. [52] Nun sind Maxwell 2 und auch Pascal gering in ihrer Leistung gegenüber dem Nvidia-Treiber und den Vorgängern wegen fehlender Daten. [53]

Mesa unterstützt ab Version 8 OpenGL ES 1.1 und 2.0 aufsetzend auf EGL 1.4 [54]. Ab Mesa 11 sind EGL 1.5 und OpenGL ES 3.0 möglich. Mesa 12 unterstützt hier voll Version ES 3.0 und 3.1. Version 3.2 steht in Mesa 13.0 erstmals komplett zur Verfügung (siehe mesamatrix). In Android und anderen Systemen sind EGL und OpenGL ES wichtige Bestandteile der Grafiksoftware.

OpenCL[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • GalliumCompute (Clover)

Eine gemeinsame OpenCL-Plattform für alle wichtigen Plattformen mit GalliumCompute zu etablieren ist zur Zeit gescheitert. Leider ist die Entwicklung hier fast zum Stillstand gekommen gegenüber anderen Modulen in Mesa (früher Clover: OpenCL 1.0, 1.1 unvollständig, 1.2 ansatzweise für AMD GPU und insgesamt rudimentär für NVIDIA GPU).

  • AMD ROCm

Als Nachfolger des hinkenden GalliumCompute von Mesa hat AMD ROCm begonnen. OpenCL 2.0 Syntax und OpenCL 1.2 Runtime sind ROCm-Basis für aktuelle Hardware der CPU von Intel und AMD mit PCIe 3.0 und GPU mit AMD GCN ab der 3. Generation mit Hawaii, Fiji und Polaris. Später soll dieses SDK dann als Open Source nutzbar sein.[55][56]

  • Beignet (Intel China)

Intel China hat mit Beignet eine weitere Software für OpenCL (1.2, 2.0 ab Version 1.3.0 mit Skylake+) für Intel CPU mit eingebauter GPU ab Ivy Bridge abseits von Mesa implementiert.[57]

  • Nvidia

Für NVIDIA steht nur der Closed-Source-Treiber mit OpenCL 1.1 für Tesla und Fermi, sowie OpenCL 1.2 für Kepler, Maxwell und Pascal zur Verfügung. OpenCL 2.0 ist hier in der Entwicklung. [58]

  • Shamrock

Das Clover final bis 1.2 entwickelt werden kann, zeigt das Projekt Shamrock als Port von Mesa Clover für ARM mit vollem Support von OpenCL 1.2 seit Juli 2016.[59][60]

In Zukunft soll OpenCL als OpenCL-V ein Teil von Vulkan werden laut Khronos. [61] Damit würden die Treiber von Vulkan ANV für Intel und RADV für AMD auch OpenCL ausführen. Weil Vulkan eine Weiterentwicklung von AMD Mantle und dieses ein OpenCL mit Graphik-Schicht ist, stehen die Chancen einer erfolgreichen Weiterentwicklung mit ähnlicher Performance wie dem jetzigen OpenCL gut.

Softwarearchitektur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Implementierte APIs[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Mesa 3D-Projekt beinhaltet und pflegt auch Implementierungen von diversen Programmierschnittstellen für die Hardware-beschleunigte Rasterung:

  • OpenGL (voll unterstützt bis zu 4.5, weitere Zusätze in Arbeit)
  • OpenGL ES (voll unterstützt bis zu 3.2, weitere Zusätze in Arbeit)
  • GLX (voll unterstützt bis zu 1.4)
  • EGL (voll unterstützt bis zu 1.5)
  • OpenVG (1.1, ab Version 10.6 nicht mehr vorhanden)
  • Glide (überholt)
  • Vulkan (1.0: Intel ANV ab Version 12, AMD mit RADV ab Version 13 [62])
  • OpenCL (1.0, 1.1 und rudimentär 1.2 in aktuell sehr langsamer Entwicklung in GalliumCompute)[63], [64]

Das ebenfalls unter einer freien Lizenz entwickelte Wine-Projekt beinhaltet eine Implementierung von Microsofts Direct3D Version 9c. Diese kann entweder unter Zuhilfenahme einer Übersetzung von Direct3D-Calls auf OpenGL-Calls genutzt werden, oder aber seit der Veröffentlichung des Gallium3D-State-Trackers auch für Direct3D 9c direkt.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. VMware's year end acquisition of Tungsten Graphics (englisch) – Artikel bei InfoWorld, vom 16. Dezember 2008
  2. https://www.mesa3d.org/relnotes/17.1.5.html
  3. Mesa Languages Page (englisch) – Seite bei Open Hub; Stand: 20. Mai 2015
  4. Mesa 8.0 Release Notes (englisch)
  5. Mesa 9.0 Release Notes (englisch)
  6. Mesa 10.0 Release Notes (englisch)
  7. Mesa 11.2.2 Release Notes (englisch)
  8. glxinfo
  9. Mesamatrix
  10. Paraview and OpenSWR
  11. https://www.heise.de/newsticker/meldung/Grafikbibliothek-Mesa-13-0-Quelloffene-Linux-Treiber-unterstuetzen-jetzt-OpenGL-4-5-so-halb-3379983.html
  12. https://lists.freedesktop.org/archives/mesa-dev/2016-November/133978.html
  13. https://cgit.freedesktop.org/mesa/mesa/commit/?id=5b4aeb331a41f1a224f26adc4834bf1a2c9b5ac6
  14. https://cgit.freedesktop.org/mesa/mesa/commit/?id=75968a668e44b3fd7c9b9277937c005366fca116
  15. https://cgit.freedesktop.org/mesa/mesa/commit/?id=d2590eb65ff28a9cbd592353d15d7e6cbd2c6fc6
  16. https://cgit.freedesktop.org/mesa/mesa/commit/?id=f0997e2aa8b5628a8cccbd5adf9b22a053c6be54
  17. http://www.phoronix.com/scan.php?page=article&item=nouveau-maxwell-pipeline&num=1
  18. http://www.phoronix.com/scan.php?page=news_item&px=OpenGL-CTS-Open-Source
  19. http://www.phoronix.com/scan.php?page=news_item&px=Mesa-17.1-Branching-Today
  20. https://www.heise.de/ct/artikel/Mesa-17-1-Neue-Grafiktreibersammlung-steigert-3D-Performance-von-Linux-3706515.html
  21. https://www.mesa3d.org/relnotes/12.0.0.html
  22. https://www.mesa3d.org/relnotes/12.0.1.html
  23. https://www.mesa3d.org/relnotes/12.0.2.html
  24. https://www.mesa3d.org/relnotes/12.0.3.html
  25. https://www.mesa3d.org/relnotes/12.0.4.html
  26. https://www.mesa3d.org/relnotes/12.0.5.html
  27. https://www.mesa3d.org/relnotes/12.0.6.html
  28. https://www.mesa3d.org/relnotes/13.0.0.html
  29. https://www.mesa3d.org/relnotes/13.0.1.html
  30. https://www.mesa3d.org/relnotes/13.0.2.html
  31. https://www.mesa3d.org/relnotes/13.0.3.html
  32. https://www.mesa3d.org/relnotes/13.0.4.html
  33. https://www.mesa3d.org/relnotes/13.0.5.html
  34. https://www.mesa3d.org/relnotes/13.0.6.html
  35. https://www.mesa3d.org/relnotes/17.0.0.html
  36. https://www.mesa3d.org/relnotes/17.0.1.html
  37. https://www.mesa3d.org/relnotes/17.0.2.html
  38. https://www.mesa3d.org/relnotes/17.0.3.html
  39. https://www.mesa3d.org/relnotes/17.0.4.html
  40. https://www.mesa3d.org/relnotes/17.0.5.html
  41. https://www.mesa3d.org/relnotes/17.0.6.html
  42. https://www.mesa3d.org/relnotes/17.0.7.html
  43. https://www.mesa3d.org/relnotes/17.1.0.html
  44. https://www.mesa3d.org/relnotes/17.1.1.html
  45. https://www.mesa3d.org/relnotes/17.1.2.html
  46. https://www.mesa3d.org/relnotes/17.1.3.html
  47. https://www.mesa3d.org/relnotes/17.1.4.html
  48. https://www.mesa3d.org/relnotes/17.1.5.html
  49. https://www.mesa3d.org/release-calendar.html#calendar
  50. http://www.phoronix.com/scan.php?page=article&item=rx480-mesa-1610&num=2
  51. Nouveau Kepler vs. Maxwell Performance On Linux 4.6 + Mesa 11.3-dev
  52. http://www.phoronix.com/scan.php?page=article&item=nouveau-maxwell-pipeline&num=1
  53. http://www.phoronix.com/scan.php?page=article&item=nouveau-maxwell-comp&num=1
  54. https://www.mesa3d.org/opengles.html
  55. https://github.com/RadeonOpenCompute/ROCm
  56. https://streamhpc.com/blog/2017-05-03/amd-rocm-1-5-linux-driver-stack-is-out/
  57. https://cgit.freedesktop.org/beignet/
  58. https://streamcomputing.eu/blog/2017-02-22/nvidia-enables-opencl-2-0-beta-support/
  59. About Shamrock.
  60. T. Gall, G. Pitney: LCA14-412: GPGPU on ARM SoC (PDF) 6. März 2014. Abgerufen am 22. Januar 2017.
  61. https://www.pcper.com/reviews/General-Tech/Breaking-OpenCL-Merging-Roadmap-Vulkan
  62. http://www.golem.de/news/linux-grafik-mesa-13-0-bringt-freien-vulkan-treiber-fuer-amd-gpus-1611-124201.html
  63. https://dri.freedesktop.org/wiki/GalliumCompute/
  64. https://www.x.org/wiki/Events/XDC2013/XDC2013TomStellardCloverStatus/XDC2013TomStellardCloverStatus.pdf