GPUのシェーダー

最終更新日 2023年09月07日

基礎

GPUのシェーダーとは、物等が立体的に見えるよう平面に描画する処理を行う演算ユニットです。3Dグラフィックスでは物体が立体的に見えますが、シェーダーが描画処理したおかげです。

シェーダー統合理由

昔は特定の処理ごとに複数のシェーダーがありましたが、今では統合しています。統合シェーダーではない場合、複数あるシェーダーが並列動作可能ですが、それぞれのシェーダーが専用の処理を担当するので、一部のシェーダーに処理が集中し効率がよくない場合があります。この問題を解決するために各シェーダーが専用の処理を担当するのではなく、専用の処理ごとに分かれていたシェーダーを統合しました。

人に例えると、従来は作業Aを担当する人Aと作業Bを担当する人Bがおり、作業Aのみ発生すると人Aのみ作業中となり人Bは作業しない状態となり効率がよくありませんが、人Aと人Bどちらも作業Aと作業Bを行うことが可能となり、作業Aのみ発生しても人Aと人Bどちらも作業でき効率がよくなる、このように例えられます。

バーテックスシェーダー

バーテックスシェーダーとは頂点情報の制御を行うシェーダーです。バーテックスは頂点を意味します。頂点シェーダーと呼ぶ場合もあります。3Dグラフィックスで物体を立体的に表現したモデリングデータが動いたり変形したりする等の表現を行うために、モデリングデータの面の頂点の位置を表すバーテックスデータを変更する処理を実行します。

ジオメトリーシェーダー

ジオメトリーシェーダーとは、バーテックスを増やす、または減らす処理を行うシェーダーです。例えば立体形状を表現するために複数の多角形を使用する場合、多角形のバーテックスの増減を行います。

ピクセルシェーダー

ピクセルシェーダーとはテクスチャーの貼り付け等を行うシェーダーです。フラグメントシェーダーと呼ぶ場合もあります。3Dグラフィックスで立体的に表現した物体の表面に対し、光源の位置等を考慮して陰影を表現したり、物体の表面に色を付けて表現したり、物体が金属であることを表現するなら金属の質感を表現する等、ピクセル単位で処理を実行します。人が絵を描くことに例えると、紙に色が付いた小さい点を付けていき、多数の点が集まった絵を描くようなものです。

統合型シェーダー

統合型シェーダーとは処理ごとに分かれていたシェーダーが一体となり各処理全てを担当するシェーダーです。コモンシェーダー、共有型シェーダー、汎用型シェーダーと呼ぶ場合もあります。バーテックスシェーダー、ピクセルシェーダー等、各シェーダーが担当してきた処理を実行できます。

世界初の統合型シェーダ採用GPUはATIのXbox 360-GPUです。家庭用ゲーム機を除外しパソコン向けGPUに限るとNVIDIAのGeForce 8800です。

コモンシェーダー

コモンシェーダーは統合型シェーダーの別名称ですが、異なるものを指す場合があります。その場合、コモンシェーダーはソフトウェア上で統合したシェーダー、統合型シェーダーはハードウェア上で統合したシェーダーを指します。何を指すかは文脈等によって判断が必要です。

プログラマブル・シェーダー

プログラマブル・シェーダーとは、シェーダーで行う処理をプログラミング可能とする技術です。プログラマブル・シェーダーがなかった頃は、シェーダーが実行できる処理はあらかじめ実装した処理のみでした。

プログラマブル・シェーダーではないシェーダーに新機能を追加するには、新機能を実装した新しいシェーダーを開発する必要があります。どんどん新しい新機能が登場する状況の中、実際に利用することがほとんどなくなった機能でもシェーダーから未実装としてなくすわけにはいかず、そのような機能のためにシェーダーで無駄なコストと消費電力が発生するのが望ましくないので、プログラマブル・シェーダーへ移行しました。パソコンに限らず家庭用ゲーム機でも移行が進みました。Xboxがプログラマブル・シェーダー採用GPUを搭載した世界初の家庭用ゲーム機です。

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