Vulkan （ヴァルカン）は、クロノス・グループ （英 : Khronos Group ）が策定している、「PCやコンソールから、携帯電話や組込みプラットフォームに至るまで、あらゆるデバイスで使われる最先端のGPUに高効率かつクロスプラットフォーム型のアクセスを実現する、新世代のグラフィックス/コンピュートAPI 」[ 2] オープンスタンダード ・ロイヤリティフリー ・クロスプラットフォーム として提唱されている。Vulkan 1.0の仕様の公開日は2016年 2月16日である[ 2]
グラフィックスハードウェア層に近いローレベル (low level) な制御を目的としており、これによりオーバーヘッドを低減し、ハードウェア の性能を限界まで引き出すことが可能となる。VulkanはApple のMetal やマイクロソフト のDirect3D 12といった先発のローレベルAPIと競合するが、プラットフォーム独自の固有仕様ではなく、様々なデバイスやオペレーティングシステム をターゲットにできることが特徴である。
Vulkanが出現する以前、クロスプラットフォームなグラフィックスAPIとしてOpenGL およびOpenGL ES がすでに存在していた。しかし、OpenGL黎明期のハードウェア設計に由来する互換性重視のAPI設計は徐々に陳腐化し、OpenGL 4に至る頃にはすでに最新のGPU ハードウェア設計との乖離が発生してしまっていた。また、OpenGL/OpenGL ESはハードウェアを高度に抽象化しており、そのためプラットフォーム間の移植性やアプリケーション 開発者にとっての利便性は高いものの、AAAタイトルのゲームなどに代表されるような性能要求の厳しいソフトウェアの開発に利用する場合はオーバーヘッドが大きくなってしまい、ハードウェアの限界性能を引き出すことができなくなってしまうという問題を抱えていた。オーバーヘッドの増加による描画効率の低下はまた電力効率の低下にも直結するため、モバイル機器など電力供給の限られるデバイスにおいても効率面での影響は無視できない。
このため、SIGGRAPH 2014で、レガシーな設計が蓄積しているOpenGLをリセットし、ゼロから構築し直して刷新する、次世代の標準3D API規格 (OpenGL Next Generation, glNext) の策定が始められることがアナウンスされた。このとき、マルチスレッド 対応やシェーディング中間言語 などの近代的な技術が導入されることが発表された[ 3]
GDC 2015では、新規格の名称が"Vulkan" となることが発表され[ 4] Direct3D 12同様のコマンドキューベースのマルチスレッドレンダリング機能や、OpenCL とのプログラミング基盤共通化をもたらすSPIR-V 中間表現[ 5] AMD 独自のローレベルグラフィックスAPIであるMantle が要素技術として取り込まれることが発表された[ 6] [ 7] [ 8]
2015年8月には、Google がAndroid においてVulkanをサポートする旨を発表[ 9]
2016年2月16日、Vulkan 1.0の正式仕様がリリースされた[ 10] AMD 、NVIDIA 、インテル 、クアルコム 、イマジネーションテクノロジーズ （英語版 ） [ 11] [ 12]
なお、Vulkanはハードウェアの詳細な制御を可能とするローレベルAPIである一方、従来のOpenGLはCPU-GPU間の同期などの煩雑な処理を自動で行なってくれる上位層のAPIとして、今後もメンテナンスおよびアップデートが継続されることになっている[ 13]
Vulkanはパイプライン方式であり、グラフィックスパイプラインとコンピュートパイプラインを定義している。
グラフィックスパイプライン （英 : Graphics pipeline ）は3Dモデル描画のためにVulkanがサポートする一連の操作である。
グラフィックスパイプラインは複数のシェーダーステージ・複数の固定機能パイプラインステージ・1つのパイプラインレイアウトで構成される[ 14] Primitive Shading モードの場合、以下のステージから構成される[ 15] [ 16]
Input Assembler Vertex Shader : 頂点シェーダー テッセレーション Tessellation Control Shader Tessellation Primitive Generator (Tessellator )Tessellation Evaluation Shader Geometry Shader : ジオメトリシェーダー Vertex Post-Processing : クリッピング、座標標準化など[ 17] Rasterization : ラスタライズ Early Per-Fragment Tests Fragment Shader: フラグメントシェーダー Late Per-Fragment Tests Blending
コンピュートパイプライン （英 : Compute pipeline ）は1つの静的コンピュートシェーダーステージと1つのパイプラインレイアウトで構成される[ 18]
Vulkanのシェーダー はSPIR-V （英語版 ） [ 19] [ 20]
SPIR-Vは他の高級シェーダー言語からプレコンパイルできる[ 19] シェーディング言語 は、OpenGLと同じくGLSL となる。Vulkan SDKに付属するオフラインシェーダーコンパイラーglslangValidator には、入力としてHLSL で書かれたソースコードを使うことができるようになるコンパイルオプションも存在する。
Vulkanの公式ソフトウェア開発キット (SDK) として、Valve 社の協力のもとLunarG （英語版 ） LunarG Vulkan SDK をリリースしている。同SDKはWindows 、Linux 、およびmacOS に対応している。macOSに関しては後述のMoltenVKを間接的に利用している[ 21] iOS には対応していない。
また、Vulkanに対応するデバイスドライバー や独自のSDK開発を所望するベンダー向けに、ICD (Installable Client Driver) ローダーやアーキテクチャに関するドキュメントがGitHub にて公開されている。
Android においては、2016年6月にリリースされたリビジョン12以降のNDK でVulkan 1.0に正式対応している[ 22] [ 23]
GLFW （英語版 ） [ 24] vulkan-cpp - Googleの提供するVulkan用のC++向け抽象化ライブラリ[ 25] Apache License 2.0。
V-EZ - AMDの提供するVulkan用の簡略化ミドルウェア[ 26] [ 27]
Anvil - AMDの提供するVulkan用フレームワーク[ 28] MIT License 。
Falcor - NVIDIAの提供するVulkanおよびDirectX 12用のレンダリングフレームワーク[ 29]
Vulkan Memory Allocator - AMDの提供するVulkan用メモリ管理ライブラリ[ 30] [ 31] MIT License 。
ANGLE （英語版 ）
Vulkan APIの制定元であるKhronos GroupはVulkan APIをAppleのMetal API 上で使うための互換レイヤー「MoltenVK （英語版 ） [ 35]
またMicrosoftはVulkan APIをDirect3D 12 API上で使うためのMesa のDznバックエンドの開発を推進している[ 36] [ 37] [ 38]
MoltenVK
アップルのmacOS /iOS 上では、Vulkanは2021年6月時点でネイティブサポートされていないが、Metal APIを利用してVulkanを実現するMoltenVK （旧称MetalVK）の開発が Brenwill Workshop によって進められている[ 39] [ 40]
2018年2月26日に、クロノスはValve、LunarG、Brenwill Workshopとの協業によるMoltenVKのオープンソース化を発表した[ 41] [ 42] [ 43] [ 44]
GLFWはバージョン3.3にて、MoltenVKを経由することでmacOS上でVulkanをサポートするようになった[ 45]
初期の仕様では、VulkanはOpenGL ES 3.1またはOpenGL 4.x以上をサポートする現行ハードウェアで動作することが述べられていた[ 46]
主要なPC向けGPUベンダー3社はすべて、LinuxおよびWindowsシステム向けのドライバーの形で、無料のVulkan API実装を提供している[ 47] Skylake 以降（Linuxの場合はBroadwell 以降）、AMD GCN第2世代[ 48] [ 49] [ 50]
Google Android
多くのAndroid搭載ハードウェアは、OpenGL ES仕様をサポートしているが、前述のようにVulkan対応状況はハードウェアとデバイスドライバー、そしてOSバージョンに左右される。Android 7.0 (Nougat) 以降でVulkan 1.0を、またAndroid 9.0 (Pie) 以降でVulkan 1.1をサポートする。
Apple
2021年6月時点で、AppleデバイスによるVulkan APIのネイティブサポートはない[ 51] MoltenVK （英語版 ） [ 52]
Qualcomm
Qualcomm Snapdragon プラットフォーム向けのAdreno 5xx（2018）および6xxシリーズのGPU（Snapdragon 820など）は、Vulkan 1.0をAdreno GPU SDK経由でサポートしている[ 53] [ 54] Android Studio IDEをベースとしており、すべての機能を利用するにはAndroid NDK が必要である[ 55]
^ "v1.4.315" ; 閲覧日: 2025年5月15日; 出版日: 2025年5月9日.^ a b “Vulkan - Industry Forged ”. jp.khronos.org . 2024年8月24日閲覧。
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^ "Primitive Shading The first stage of the graphics pipeline (Input Assembler) ... In the next stage (Vertex Shader) ... If tessellation and/or geometry shaders are supported, they can then generate ..." 以下より引用。Khronos. Vulkan Specification - Pipelines
^ "Tessellation involves three pipeline stages. First, a tessellation control shader ... Second, a fixed-function tessellator generates multiple primitives ... Third, a tessellation evaluation shader" 以下より引用。Khronos. Vulkan Specification - Tessellation
^ "Fixed-Function Vertex Post-Processing ... the following fixed-function operations are applied to vertices of the resulting primitives: Transform feedback ... Viewport swizzle ... Flat shading ... Primitive clipping ... Shader output attribute clipping ... Clip space W scaling ... Perspective division on clip coordinates ... Viewport mapping ... Front face determination" 以下より引用。Khronos. Vulkan Specification - Fixed-Function Vertex Post-Processing
^ "Compute pipelines consist of a single static compute shader stage and the pipeline layout." 以下より引用。Khronos. Vulkan Specification - Pipelines
^ a b "シェーダ言語ソースはSPIR-Vにトランスレートされて、Vulkanのコンパイラ層に渡される。そして、SPIR-Vへのコンパイルは、オフラインで行なわれ、Vulkanランタイムはシェーダソースコードのコンパイルは行なわない。" 以下より引用。後藤. (2015). Khronosの次期グラフィックスAPI「Vulkan」
^ "shader code in Vulkan has to be specified in a bytecode format as opposed to human-readable syntax like GLSL and HLSL. This bytecode format is called SPIR-V" 以下より引用。Khronos. Khronos Vulkan Tutorial - Drawing a triangle - Graphics pipeline basics - Shader modules Vulkan Documentation . 2024-08-10閲覧.
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