（2）各種動画コーデックのハードウェア処理機能

次に動画コーデックのハードウェア処理機能を見てみます。最近のビデオカードにはMPEG2やH.264/AVCといった規格の動画をハードウェアを使ってエンコード/デコードする機能が用意され，それらを使用するためにNVIDIAはVDPAU（Video Decode and Presentation API for Unix）というAPIを，IntelはVA（Video Acceleration）というAPIをそれぞれ提案しました。

VA-APIはエンコードとデコードの機能を持つのに対し，VDPAUはその名前の通りデコード専用のAPIです。これらAPIを受け付けるライブラリは，libvaやlibvdpauという別パッケージが用意するものの，最終的にGPUを操作する機能はMesaが提供しています。

37  usr/lib/vdpau/libvdpau_r300.so.1.0.0
38  usr/lib/vdpau/libvdpau_r600.so.1.0.0
39  usr/lib/vdpau/libvdpau_radeonsi.so.1.0.0
40  usr/lib/vdpau/libvdpau_nouveau.so.1.0.0

25  usr/lib/dri/r600_drv_video.so
26  usr/lib/dri/radeonsi_drv_video.so
27  usr/lib/dri/nouveau_drv_video.so

これら/usr/lib/vdpau/にインストールされるのがVDPAU用ライブラリで，/usr/lib/dri/以下にインストールされるのがVA API用ライブラリです。

Intel用のライブラリは，Intel自身がDRMを操作するライブラリを含めたlibvaパッケージをOSSとして提供しているためMesaでは対応していないものの，libvdpau-va-glというVDPAUとVA/OpenGL間を架橋するようなライブラリも開発されているので，IntelのGPUでも問題なくVDPAUを利用できます。

（3）GPUをグラフィックス以外の演算に利用するGPGPU機能

GPUは条件分岐のような複雑な処理は苦手なものの，ベクトル演算のような単純計算の処理能力はCPUを凌駕します。このGPUの計算能力を膨大な計算量が必要な「ビットコイン・マイニング」のような作業に流用しよう，というのがGPGPU（General Purpose GPU）技術で，そのためにOpenCL（Open Computer Language）という規格が提案されました。

Mesa3DライブラリはこのOpenCLにも対応していて，libMesaOpenCL.soというライブラリとGalliumフレームワークのドライバを用いてOpenCLの機能を実現しています。

93  usr/lib/libMesaOpenCL.so
29  usr/lib/gallium-pipe/pipe_iris.so
30  usr/lib/gallium-pipe/pipe_nouveau.so
31  usr/lib/gallium-pipe/pipe_r300.so
32  usr/lib/gallium-pipe/pipe_r600.so
33  usr/lib/gallium-pipe/pipe_radeonsi.so
34  usr/lib/gallium-pipe/pipe_vmwgfx.so
35  usr/lib/gallium-pipe/pipe_swrast.so

ただ，OpenCLの最新規格は3.0で，NVIDIAのCUDA（Compute Unified Device Architecture）等，GPUメーカが提供しているドライバはこのバージョンに追従しているものの，Mesaが提供するOpenCL用ドライバ（Clover）はOpenCL 1.1レベルなので，実用性はあまり高くないようです。

$ clinfo 
Number of platforms                               1
  Platform Name                                   Clover
  Platform Vendor                                 Mesa
  Platform Version                                OpenCL 1.1 Mesa 21.1.8
  Platform Profile                                FULL_PROFILE
  Platform Extensions                             cl_khr_icd
  Platform Extensions function suffix             MESA
...

Mesaの提供するドライバ

最後にMesaが提供するGPU用ドライバを眺めておきましょう。実際にGPUを操作するのは/usr/lib/dri以下にインストールされる以下のファイルになります。

 9  usr/lib/dri/
10  usr/lib/dri/i915_dri.so
11  usr/lib/dri/i965_dri.so
12  usr/lib/dri/radeon_dri.so
13  usr/lib/dri/r200_dri.so
14  usr/lib/dri/nouveau_vieux_dri.so
15  usr/lib/dri/radeonsi_dri.so
16  usr/lib/dri/nouveau_dri.so
17  usr/lib/dri/swrast_dri.so
18  usr/lib/dri/kms_swrast_dri.so
19  usr/lib/dri/iris_dri.so
20  usr/lib/dri/r300_dri.so
21  usr/lib/dri/r600_dri.so
22  usr/lib/dri/vmwgfx_dri.so
23  usr/lib/dri/virtio_gpu_dri.so
24  usr/lib/dri/zink_dri.so

Mesaでは，当初はそれぞれのGPUごとにドライバを開発していたものの，2010年ごろからGalliumという3Dグラフィックス・ドライバ用のフレームワークを採用し，新しいドライバはこのフレームワークを用いて開発するようになりました。上記リストのうち，i915，i965，nouveau_vieux，r200，radeonが古いタイプのドライバでiris，nouveau，r300，r600，radeonsiが新しいタイプのドライバになります。

swrastはGPUを使わずソフトウェア的に処理を行うドライバで，対応するGPUが無い場合も利用可能なものの，処理速度は遅く実用的では無いようです。kms_swrastはカーネルのモードセット機能を利用するソフトウェア・ドライバのようですが，詳細はよく分りません。

その他，vmwgfxはVMware，virtio_gpuはQemu，それぞれの仮想環境からホスト側のGPUを利用するためのドライバです。zinkは少し毛色が違っていて，OpenGLの機能をVulkanで実現するためのドライバだそうです。

Mesaでは，先に紹介した各機能用のライブラリが，これらGPU用のドライバと連携しながらCPUとGPUを自在に扱う複雑な処理を実現しています。

ざっとMesa3Dライブラリがインストールするファイル類を眺めてきた上で，改めて/usr/lib/dri/以下を調べてみると，興味深いことに気づきました。

$ ls -l /usr/lib/dri | grep -v video
合計 412,438,528
-rwxr-xr-x  5 root root 18,151,368  9月 12日  20:37 i915_dri.so*
-rwxr-xr-x  5 root root 18,151,368  9月 12日  20:37 i965_dri.so*
-rwxr-xr-x 10 root root 27,509,592  9月 12日  20:37 iris_dri.so*
-rwxr-xr-x 10 root root 27,509,592  9月 12日  20:37 kms_swrast_dri.so*
-rwxr-xr-x 10 root root 27,509,592  9月 12日  20:37 nouveau_dri.so*
-rwxr-xr-x  5 root root 18,151,368  9月 12日  20:37 nouveau_vieux_dri.so*
-rwxr-xr-x  5 root root 18,151,368  9月 12日  20:37 r200_dri.so*
-rwxr-xr-x 10 root root 27,509,592  9月 12日  20:37 r300_dri.so*
-rwxr-xr-x 10 root root 27,509,592  9月 12日  20:37 r600_dri.so*
-rwxr-xr-x  5 root root 18,151,368  9月 12日  20:37 radeon_dri.so*
-rwxr-xr-x 10 root root 27,509,592  9月 12日  20:37 radeonsi_dri.so*
-rwxr-xr-x 10 root root 27,509,592  9月 12日  20:37 swrast_dri.so*
-rwxr-xr-x 10 root root 27,509,592  9月 12日  20:37 virtio_gpu_dri.so*
-rwxr-xr-x 10 root root 27,509,592  9月 12日  20:37 vmwgfx_dri.so*
-rwxr-xr-x 10 root root 27,509,592  9月 12日  20:37 zink_dri.so*

ファイル名等は先に紹介した通りなものの，ファイルサイズを見てみると18MBと27MBしかなく，リンクカウントもそれぞれ5と10になっています。これはすなわち，Mesaが提供しているGPU用のドライバはいろいろな名称でインストールされてはいるものの，古い世代とGalliumを使う新しい世代の2種しかなく，同じドライバでAMDやIntel，NVIDIAのGPUに対応していることを示します。

GPUもCPUと同じく機械語しか理解できませんし，x86の機械語がARMの機械語と全く異なっているように，GPUの機械語もメーカごとに異なっているから，「⁠Gallium3Dフレームワーク」を使っていると言っても，ドライバの一番下のレイヤには各GPU用のコードを生成するためのハードウェア依存部分があるはず，と思いこんでいた筆者には，これはちょっとした驚きでした。

このあたり，Mesaの付属ドキュメントは古いままのものが多く，新しい情報はReleaseNotesやソースコードを調べるしか無さそうなので，また時間のある時にでも調査してみようと思っています。