สปิร-วี
นักพัฒนา	กลุ่มโครโนส
ปล่อย	2015
เวอร์ชันเสถียร	SPIR-V 1.6 / 16 ธันวาคม 2564 ( 16 ธันวาคม 2021 )
ระบบปฏิบัติการ	ข้ามแพลตฟอร์ม
แพลตฟอร์ม	ข้ามแพลตฟอร์ม
พิมพ์	ภาษาระดับกลาง
เว็บไซต์	www .khronos .org /registry /SPIR-V

Standard Portable Intermediate Representation ( SPIR ) เป็นภาษาตัวกลางสำหรับการประมวลผลแบบขนานและกราฟิกโดยKhronos Groupใช้ในสภาพแวดล้อมการทำงานหลายแบบ รวมถึงVulkan graphics APIและOpenCL compute API เพื่อแสดงshaderหรือkernelนอกจากนี้ยังใช้เป็นภาษาแลกเปลี่ยนสำหรับการคอมไพล์ข้ามแพลตฟอร์ม^{[ 1 ] [ 2 ]}

SPIR-Vเป็นเวอร์ชันใหม่ของ SPIR ซึ่งเปิดตัวในปี 2015 โดยKhronos Groupและได้เข้ามาแทนที่ SPIR รุ่นเดิมซึ่งเปิดตัวในปี 2012

เมื่อวันที่ 19 กันยายน 2024 ไมโครซอฟต์ได้ประกาศแผนการนำ SPIR-V มาใช้เป็น รูปแบบการแลกเปลี่ยน Direct3Dแทน DXIL โดยเริ่มรองรับตั้งแต่ Shader Model 7 เป็นต้นไป^{[ 3 ]}

จุดประสงค์ของ SPIR-V คือ การแสดงข้อมูลพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการประมวลผลและกราฟิกโดยตรง การแยกภาษาโปรแกรมระดับสูงออกจากส่วนติดต่อผู้ใช้สำหรับไดรเวอร์ประมวลผลและกราฟิก การเป็นรูปแบบการแจกจ่าย หรือแจกจ่ายไบนารีที่คอมไพล์เสร็จสมบูรณ์ การเป็นข้อกำหนดที่ครบถ้วนในตัวเอง และการสนับสนุน API หลายตัว นอกจากนี้ยังใช้เป็นเป้าหมายระดับกลางสำหรับเครื่องมือการคอมไพล์ข้ามแพลตฟอร์มอีกด้วย

ตัวอย่างเช่น SPIR-V อนุญาตให้Vulkan APIใช้ภาษาการแรเงา ใดก็ได้ รวมถึงGLSL และ HLSL [ ^{4 ] [ 5 ] SPIR} -V สามารถถอดรหัสเป็นภาษาการแรเงาหลายภาษา ( GLSL , GLSL ES , MSL , HLSL ) โดยใช้ SPIRV-Cross เพื่อให้สามารถแปลงภาษาเหล่านี้ระหว่างกันได้^{[ 6 ]}นอกจากนี้ยังมีเส้นทางไปยังและ/หรือจากWebGPU , OpenCL , SYCL , C++และRustด้วย

ในแพลตฟอร์มเป้าหมาย การนำ SPIR-V เข้ามาจะช่วยลดความจำเป็นในการสร้างคอมไพเลอร์ซอร์สโค้ดภาษาระดับสูงลงในไดรเวอร์อุปกรณ์ ซึ่งจะช่วยลดความซับซ้อนของไดรเวอร์^{[ 2 ]}

SPIR เปิดตัวครั้งแรกในปี 2011 และ SPIR-V เปิดตัวในปี 2015

SPIR ก่อนการเปิดตัว SPIR-V ในปี 2015 นั้นใช้พื้นฐานจากLLVM Intermediate Representationมีการประกาศข้อกำหนดชั่วคราวสำหรับ SPIR 1.0 ในปี 2012 ^{[ 7 ]}เมื่อวันที่ 22 กรกฎาคม 2013 มีการประกาศข้อกำหนดชั่วคราว SPIR 1.2 ในงานSIGGRAPH 2013 [ ^{8 ] ข้อกำหนด} SPIR 1.2 ฉบับสุดท้ายได้รับการเผยแพร่ในงาน HiPEAC 2014 เมื่อวันที่ 21 มกราคม 2014 ^{[ 9 ]}เมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2014 มีการเผยแพร่ข้อกำหนดชั่วคราวสำหรับ SPIR 2.0 ในงานSIGGRAPH 2014 [ ^{10 ] SPIR} -V ไม่ได้ใช้ LLVM ^{[ 2 ]}

SPIR-V 1.0 เป็นเวอร์ชันใหม่ของ SPIR ที่ประกาศในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2558 ^{[ 11 ]}และวางจำหน่ายในวันที่ 16 พฤศจิกายน พ.ศ. 2558 ^{[ 12 ]}ปัจจุบันตระกูล SPIR ประกอบด้วยมาตรฐาน cross-API ที่แท้จริงซึ่งกำหนดโดย Khronos อย่างสมบูรณ์พร้อมการสนับสนุนแบบเนทีฟสำหรับคุณสมบัติของ shader และ kernel

โปรแกรมแยกต่างหากจาก Khronos Group ช่วยให้สามารถแปลงระหว่าง LLVM IR ได้^{[ 13 ]}

การรองรับการนำเข้าข้อมูล SPIR-V นั้นถูกรวมอยู่ในข้อกำหนดหลักของ OpenCL 2.1, Vulkan APIและOpenGLเวอร์ชัน 4.6 แล้ว

SPIR-V เป็นภาษาระดับกลางระดับสูงที่แลกเปลี่ยนในรูปแบบไบนารี ฟังก์ชันต่างๆ จะถูกแทนด้วยกราฟควบคุมการไหลของบล็อกพื้นฐาน โดยใช้ รูปแบบ การกำหนดค่าเดี่ยวแบบคงที่ (SSA) โครงสร้างข้อมูลยังคงรักษาการแสดงลำดับชั้นระดับสูงไว้ ไม่สูญเสียข้อมูลเหมือนไบต์โค้ดหรือการแสดงระดับกลางแบบเครื่องเสมือนก่อนหน้านี้ที่ใช้สำหรับเชเดอร์กราฟิก ซึ่งช่วยให้ได้ประสิทธิภาพที่ใกล้เคียงกับประสิทธิภาพสูงสุดบนอุปกรณ์เป้าหมาย^{[ 17 ]}

SPIR-V สามารถขยายได้โดยการเขียนส่วนขยายเพื่อเพิ่มความหมาย หรือสงวนช่วงของค่าโทเค็นไว้สำหรับการใช้งานของฝ่ายต่างๆ ผู้ขายสามารถเพิ่มความหมายที่ต้องการลงใน SPIR-V ได้อย่างอิสระ^{[ 18 ]}ชุดคำสั่งเพิ่มเติมที่ขยายแล้วสามารถจัดเตรียมได้ในข้อกำหนดแยกต่างหาก สามารถนำเข้าชุดคำสั่งหลายชุดได้โดยไม่มีปัญหา เนื่องจากคำสั่งที่ขยายแล้วจะใช้โดยการระบุ ID ของชุดและของคำสั่งภายในชุด^{[ 18 ]}

โปรแกรมดีบักเกอร์ประกอบด้วยRenderDoc , SwiftShader และ Amber ^{[ 19 ]}

เชเดอร์กราฟิกใช้การควบคุมการไหลแบบมีโครงสร้างใน SPIR-V เพื่อระบุวิธีการซ้อนการควบคุมการไหล ซึ่งช่วยในการกำหนดการแยกตัวและการบรรจบกันของการควบคุมการไหลในสภาพแวดล้อมการประมวลผลแบบขนาน^{[ 20 ]}การกำหนดเฉพาะทางช่วยลดจำนวนตัวแปรของเชเดอร์ที่ต้องแจกจ่าย^{[ 21 ]}

ข้อกำหนด SPIR-V ระบุถึงกฎที่ต้องปฏิบัติตามเพื่อให้โมดูล SPIR-V ถูกต้อง ซึ่งช่วยให้สามารถตรวจสอบความถูกต้องแบบออฟไลน์ได้ ไดรเวอร์ไม่จำเป็นต้องจัดการกับโมดูล SPIR-V ที่ไม่ถูกต้อง ในการทดสอบ การทดสอบความสอดคล้องจะตรวจสอบว่าไดรเวอร์ทำงานได้อย่างถูกต้องเมื่อใช้ SPIR-V ที่ถูกต้อง ในขณะที่ตัวตรวจสอบจะตรวจสอบว่าส่วนหน้าสร้าง SPIR-V ได้อย่างถูกต้อง^{[ 22 ]}

SPIR-V สามารถแสดงการเรียกใช้ฟังก์ชันในหน่วยการคอมไพล์ที่แตกต่างกันได้ เวอร์ชันมาตรฐานของ SPIR-V ใช้คุณสมบัตินี้สำหรับเคอร์เนลการคำนวณ OpenCL แต่ไม่ใช่สำหรับขั้นตอนเชเดอร์ ซึ่ง API กราฟิกต้องการให้เชื่อมโยงอย่างสมบูรณ์ในโมดูล SPIR-V เดียว^{[ 23 ]}มีส่วนขยายที่พร้อมใช้งานเพื่อให้เครื่องมือสามารถใช้เชเดอร์และเคอร์เนลที่เชื่อมโยงบางส่วนได้ชั่วคราว^{[ 24 ]}

โมดูล SPIR-V ถูกใช้โดย API ไคลเอ็นต์เพื่อรองรับคุณสมบัติของโมดูลนั้น ซึ่งจะถูกจำแนกประเภทผ่านความสามารถ และประกาศไว้ตั้งแต่ต้นโมดูล ตัวตรวจสอบความถูกต้องสามารถยืนยันได้ว่าโมดูลใช้เฉพาะความสามารถที่ประกาศไว้เท่านั้น และ API ไคลเอ็นต์สามารถปฏิเสธโมดูลที่ประกาศความสามารถที่ไม่ได้รับการสนับสนุนได้^{[ 25 ]}

SPIR-V ถูกใช้เพื่อช่วยจัดการกับภาษาระดับซอร์สโค้ดหลายเวอร์ชัน ตัวอย่างเช่น ภาษา OpenGL Shading Language (GLSL) หลายเวอร์ชันจำเป็นต้องมีการแจกจ่าย shaders หลายเวอร์ชัน เนื่องจากมีการใช้งานที่ผูกติดอยู่กับ GLSL เวอร์ชันเก่าที่เฉพาะเจาะจง เช่นWebGL 1.0และการใช้งาน OpenGL ของ Apple หนึ่งในกรณีการใช้งานที่โดดเด่นของ SPIR-V คือความสามารถในการใช้เป็นรูปแบบการแลกเปลี่ยนระหว่าง GLSL เวอร์ชันต่างๆ โดยใช้เครื่องมือที่ดูแลโดยKhronos Group สำหรับการ ^คอมไพล์ GLSL เป็น SPIR-V glslangValidator[ ^{26 ]}การเพิ่มประสิทธิภาพ SPIR-V [ ^{22 ]}และการคอมไพล์ข้ามแพลตฟอร์มเป็น SPIR-V สำหรับเป้าหมาย GLSL ที่แตกต่าง^{กัน[ 27 ]}spirv-optspirv-cross

อย่างไรก็ตาม ในฐานะรูปแบบ SPIR-V มีข้อจำกัดบางประการสำหรับการคอมไพล์ข้ามแพลตฟอร์ม รวมถึงข้อกำหนดที่ว่าโมดูล SPIR-V ทุกโมดูลต้องมีสัญลักษณ์จุดเริ่มต้นอย่างน้อยหนึ่งตัว ซึ่งทำให้รูปแบบนี้ไม่สามารถใช้สำหรับการคอมไพล์แยกกันได้ง่าย โดยที่เชเดอร์ที่ซับซ้อนสามารถประกอบขึ้นได้ด้วยชุดขั้นตอนการคอมไพล์บางส่วนตามด้วยขั้นตอนการเชื่อมโยง ซึ่งขัดแย้งกับเป้าหมายที่ระบุไว้ของเครื่องมือ SPIR-V บางอย่าง เช่นspirv-link[ ^{22 ] ซึ่ง}มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ฟังก์ชันการเชื่อมโยงแบบเต็มรูปแบบสำหรับโค้ดไบนารี SPIR-V

• ภาษาการแรเงาระดับสูง (HLSL)
• ซีจี (ภาษาโปรแกรม)
• ภาษาแรเงา OpenGL (GLSL)
• โครงสร้างพื้นฐาน Shader ของ Tungsten Graphics
• เคอร์เนลการคำนวณ
• การประมวลผลเธรดแบบขนาน
• ภาษาแอสเซมบลี ARB

• หน้าเว็บ Khronos SPIR
• ข้อมูลจำเพาะของ SPIR-V