Shader’lar, GPU üzerinde çalışan ve ışınları, pikselleri, köşeleri (vertices) ve dokuları (textures) manipüle ederek eşsiz görsel efektler elde etmeyi sağlayan özel programlardır. Shader’lar, render edilen imaja yaratıcı bir ifade ve gerçekçilik katmak için hayati öneme sahiptir. Özellikle ışın izleme (ray tracing) teknolojisinde gerçekçi aydınlatma, gölgeler ve yansımaları simüle etmekte kritik bir rol oynamaktadır.
Shader’ları sevmemize rağmen, hata ayıklamaları oldukça zor olabilir. Shader hesaplamaları karmaşıktır ve birden fazla iş parçacığı (thread) üzerinde çalışır; bu da senkronizasyon sorunlarına ve tekrar üretmesi zor olan tutarsız hatalara yol açabilir. Geliştiriciler genellikle shader mantığını manuel olarak takip etmek, hangi kaynaklara erişildiğini belirlemek ve hataların nerede oluştuğunu çözmek zorunda kalırlar. Bu süreç etkisizdir ve genellikle hata ayıklamak için shader’ın bölümlerini teker teker yorum satırı haline getirmek gibi hatalı ve zaman alıcı bir strateji benimsenir.
Denoising gibi rendering teknikleri, tekrar eden tamponları (buffers) kullanmaları nedeniyle ek zorluklar sunar. Bu tamponlardaki hatalar çerçeveler boyunca yayılabilir, bu da sorunun kökenini belirlemeyi zorlaştırabilir. Yine, geleneksel hata ayıklama araçları genellikle gerekli içgörüleri sağlamaz, bu da geliştiricileri, katmanlı işlemleri takip ederek sorun kaynağını bulmaya itmektedir.
NVIDIA Nsight Graphics’te Yeni Shader Hata Ayıklayıcı
NVIDIA, grafik topluluğunun bu ihtiyaçları karşılamak için güçlü ve sezgisel shader hata ayıklama araçlarına olan talebini duydu. Bugün, NVIDIA Nsight Graphics içerisinde yeni bir Shader Hata Ayıklayıcı beta versiyonu olarak sunuluyor. Vulkan uygulamaları için mevcut olan bu araç, yüzlerce veya binlerce satır uzunluğundaki karmaşık shader’ları gerçek zamanlı olarak hata ayıklamanıza olanak tanıyor.
Shader Hata Ayıklayıcı, GPU hata ayıklama teknolojisinde önemli bir sıçrama temsil eder ve shader problemlerini tanılamak ve çözmek için donanım hızlandırmalı bir çözüm sunar. Ray tracing, raster ve hesaplama shader’larını destekleyen bu araç, yanlış normal hesaplamaları, ortam oklüzyon hatalarını ve doku eşleme sorunları gibi problemleri hızlıca belirlemenizi ve çözmenizi kolaylaştırır.
Şekil 1’de, NVIDIA Omniverse örneğinde ışın üretim shader’larının nasıl hata ayıklanacağı gösterilmektedir. Warp Görünümü incelenmektedir. Her satır bir warp’ı temsil eder, yeşil hücreler warp içindeki iş parçacıklarını gösterirken, kırmızı hücre bırakılan geçerli noktadaki bir iş parçacığını belirtir.
Nsight Graphics ile shader’ları hata ayıklamak, tanıdık bir hata ayıklama akışı kullanır. Temel özelliklerden bazıları şunlardır:
- Gerçek Zamanlı Hata Ayıklama: Uygulama çalışırken shader kodunu inceleyebilir ve değiştirebilirsiniz, bu da sorunları anında tanımlayıp düzeltmeyi kolaylaştırır.
- Breakpoint Ayarlama: Bir shader’ın yürütmesini bir kaynak seviyesinde breakpoint ile duraklatıp değişkenleri inceleyebilir; bu, geleneksel CPU hata ayıklamaya benzer. Bu sayede, shader kodunun adım adım yürütülmesini analiz edebilirsiniz.
- Koşullu Breakpoint’ler: Bir breakpoint’e bir koşul ekleyerek belirli senaryoları veya değerleri izole edebilir; hata ayıklama sürecini ilgili alanlara odaklayarak kolaylaştırabilirsiniz.
- Yerel ve İzleme Pencereleri: Breakpoint’lerde değişken değerlerini inceleyerek, değerlerdeki tutarsızlıkları ve beklenmeyen ayrışma noktalarını belirlemenizi sağlar.
- Warp Bilgisi ve Odak Seçici: Warp Görünümü, iş parçacığı yürütme durumlarının genel bir görünümünü sunarken, Odak Seçici shader aktivitesini grafiksel bir perspektiften gösterir. Bu araçlar, geliştiricilerin GPU davranışını bağlam içinde görselleştirmesine ve anlamasına yardımcı olur.
Shader Hata Ayıklayıcı ile Başlarken
Shader Hata Ayıklayıcı’yı kullanmaya başlamak için, Nsight Graphics ile hedef uygulamanıza bağlandığınızda yeni bir etkinlik olarak bulacaksınız. Profillemek istediğiniz uygulama yürütülebilir dosyasını seçin. Hedefi uzaktan hata ayıklarken, hedef sistemle bağlantı kurduğunuzdan emin olun.
Grafik yükü tam hızda çalışır, bir breakpoint ayarlandığında shader, hata ayıklama için JIT (Just-In-Time) yeniden derlenir; bu, hata ayıklama sırasında herhangi bir performans etkisi yaşanmadığı anlamına gelir ve hedefin ilgi yerlerine hızlıca gidip hata ayıklamanıza olanak tanır.
Shader Hata Ayıklayıcı Özellikleri
Shader Hata Ayıklayıcı başlatıldığında, grafik boru hattının tüm bileşenleri ve bunlar içindeki shader’lar görüntülenir. Şekil 2’de, soldaki listede programlar ve shader’lar gösterilmektedir. Ekran Alanı Ortam Oklüzyonu (SSAO) olan bir shader’ı incelemek için sol tıklamanız yeterlidir; bu, sağda ilgili kaynak kodunu açar.
Bir breakpoint ayarlayarak shader kodunun belirli noktalarında yürütmeyi duraklatabilir ve shader’ın durumunu inceleyebilirsiniz. Breakpoint’e ulaşıldığında uygulama durur ve shader’ın yerel değişkenleri ile durumu incelenebilir. Shader’ın yürütülmesinin belirli bir noktasında değişkenleri inceleyerek sorunları teşhis etmek mümkündür.
Ayrıca shader kodunu satır satır ilerleyerek adım adım takip edebilir; değişkenlerin nasıl doldurulduğunu ve shader’ın mantığının nasıl yürütüldüğünü görebilirsiniz. Bu, bir shader’ın nasıl çalıştığını anlamak ve sorunları belirlemek için güçlü bir araçtır. Mevcut kapsamdaki değişkenler, Yerel Değişkenler Penceresi’nde gösterilir.
Warp Görünümü
Warp Görünümü, shader birimi seviyesinde GPU’da nelerin bulunduğunu gösteren genel bir bakış sunar. Hangi warp’ların mevcut breakpoint’te olduğunu ve bir warp içindeki hangi iş parçacıklarının bu breakpoint’te durduğunu gösterir. Bu, shader’ın GPU’da nasıl yürütüldüğünü anlamanıza yardımcı olur.
Şekil 3’te gösterilen tabloda, her satır bir warp’ı temsil eder ve her blok o warp içindeki bir iş parçacığıdır. Kırmızı bloklar, ayarladığınız breakpoint’te durmuş olan iş parçacıklarını belirtirken, yeşil bloklar mevcut breakpoint’te olmayan iş parçacıklarını gösterir. Belirli iş parçacıkları seçilerek karşılık gelen yerel değişkenler incelenebilir.
Odak Seçici
Odak Seçici, hata ayıkladığınız shader kodunun ve düşük seviye GPU yürütmesinin render sonuçlarını nasıl etkilediğini görselleştirmenize yardımcı olur. İşlemdeki fragmentleri (pikseller) görsel olarak gösterir; bunları mevcut render hedefi üzerinde incelemenizi sağlar. Odak Seçici, henüz ulaşmamış fragmentleri sarı, şimdiden ulaşmış olanları ise açık mavimsi renkte gösterir.
Şekil 4’te, Odak Seçici (solda) her bireysel pikselin nasıl oluşturulduğunu gösteren render hedefini sunar. Render edilmekte olan sahneyi adım adım izleyebilir ve karşılık gelen değişkenler, warp’lar, iş parçacıkları ve bireysel fragmentlerin kaynak kodunu inceleyebilirsiniz. Kaynak kodunuzu adım adım incelemek, oluşturulan fragmentlerin ilerleyişini ortaya koyar. Herhangi bir fragment üzerine tıklayarak onu inceleme ve hata ayıklama sürecine başlayabilirsiniz.
Shader Hata Ayıklayıcı Donanım Gereksinimleri
Shader Hata Ayıklayıcı’nın çalışması için ya ikili GPU yerel sistem ya da bir ağ yapılandırması gereklidir; bununla bir sistem Nsight Graphics’i barındırırken diğer sistem hedef uygulamayı çalıştırmalıdır. Shader Hata Ayıklayıcı, yalnızca NVIDIA Ampere GPU’ları ve daha yenileri ile çalışır. Nsight Graphics’in çalışması için ise başka bir GPU, harici veya entegre olarak kullanılabilir. Ayrıca, Nsight Graphics uzaktan hata ayıklama da desteklemektedir.
CUDA yükleri, hata ayıklama için kod yürütmesini kesintiye uğratmak amacıyla komut düzeyinde preemption desteği sunarken, grafik yükleri yalnızca primitive düzeyinde preemption sunar; bu da GPU’nun üçgen düzeyinde kesintiye uğramasını sağlar, her bir ışın, köşe veya fragment bazında değil. Hata ayıklama görevleri için gereken komut düzeyindeki hassasiyet, Shader Hata Ayıklayıcı’nın kesin shader hata ayıklama yapabilmesi için ikili GPU yapılandırmasını gerektirmektedir.
Nsight Graphics 2024.2 Üzerine Daha Fazla Bilgi
Nsight Graphics 2024.2, grafik hata ayıklama ve profil oluşturma işlemlerinize güç katacak daha birçok yeni özellik sunuyor. En son Nsight Araçları yeniliklerini içeren SIGGRAPH 2024 tanıtım videosunu izlemeyi unutmayın:
Sonuç
Nsight Graphics Shader Hata Ayıklayıcı, grafik geliştiricilerinin uygulamalarını hata ayıklayıp yüksek kaliteli görsel sonuçlar elde etmelerine yardımcı olan hayati bir araçtır. Sağlam özellik seti ve donanım hızlandırmalı performansı, karmaşık shader’ların hata ayıklamasını daha erişilebilir ve verimli hale getiriyor.
Shader Hata Ayıklayıcı, şu an için Vulkan uygulamaları için Beta olarak mevcut. Hemen Nsight Graphics 2024.2’yi indirerek başlayabilirsiniz. Beta içindeki deneyimlerinizi, Nsight Graphics penceresinin sağ üstündeki Geri Bildirim Düğmesi ile bizimle paylaşmayı unutmayın.
Nsight Geliştirici Araçları ve öğreticileri hakkında daha fazla bilgi edinin. Sorular sorabilir, geri bildirimde bulunabilir ve grafik geliştirici topluluğuyla Nsight Graphics Geliştirici forumlarında etkileşimde bulunabilirsiniz.