엔터티 구성 요소 시스템 게임 엔진에서 CPU 캐시를 활용하는 방법은 무엇입니까?

CPU 캐시를 현명하게 사용하기에 적합한 아키텍처 인 ECS 게임 엔진 설명서를 자주 읽습니다.

그러나 CPU 캐시의 이점을 어떻게 얻을 수 있는지 알 수 없습니다.

구성 요소가 연속 메모리에 배열 (또는 풀)로 저장된 경우 구성 요소를 순차적으로 읽는 경우에만 CPU 캐시 BUT을 사용하는 것이 좋습니다.

시스템을 사용할 때 특정 유형의 구성 요소가있는 엔티티 목록 인 엔티티 목록이 필요합니다.

그러나 이러한 목록은 구성 요소를 순차적이 아닌 임의의 방식으로 제공합니다.

그렇다면 캐시 적중을 극대화하기 위해 ECS를 설계하는 방법은 무엇입니까?

편집하다 :

예를 들어, Physic 시스템에는 RigidBody 및 Transform 구성 요소가있는 엔터티에 대한 엔터티 목록이 필요합니다 (RigidBody 용 풀 및 Transform 구성 요소 풀이 있음).

따라서 엔터티를 업데이트하는 루프는 다음과 같습니다.

for (Entity eid in entitiesList) {
    // Get rigid body component
    RigidBody *rigidBody = entityManager.getComponentFromEntity<RigidBody>(eid);

    // Get transform component
    Transform *transform = entityManager.getComponentFromEntity<Transform>(eid);

    // Do something with rigid body and transform component
}

문제는 entity1의 RigidBody 구성 요소가 풀의 인덱스 2에 있고 pool의 인덱스 0에 entity1의 Tranform 구성 요소가 될 수 있다는 것입니다. / 구성 요소를 무작위로).

따라서 구성 요소가 메모리에서 연속적 일지라도 무작위로 읽히므로 더 많은 캐시 미스가 발생합니다.

루프에서 다음 컴포넌트를 프리 페치하는 방법이 없다면?

Mick West의 기사 는 엔터티 구성 요소 데이터를 선형화하는 프로세스를 전체적으로 설명합니다. 그것은 성능을 크게 향상시키기 위해 오늘날보다 훨씬 덜 인상적인 하드웨어에서 수년 전 Tony Hawk 시리즈에서 작동했습니다. 그는 기본적으로 각기 다른 유형의 엔터티 데이터 (위치, 점수 및 기타)에 대해 사전 할당 된 전역 배열을 사용했으며 시스템 전체 update()기능 의 뚜렷한 단계에서 각 배열을 참조 합니다. 각 엔터티에 대한 데이터가 이러한 각 전역 배열에서 동일한 배열 인덱스에 있다고 가정 할 수 있습니다. 예를 들어 플레이어가 먼저 생성되면 [0]각 배열에 데이터가있을 수 있습니다 .

캐시 최적화에 더욱 특화된 Christer Ericsson의 C 및 C ++ 슬라이드 .

좀 더 자세하게 설명하려면 각 데이터 유형 (예 : 위치, xy 및 z)마다 연속 메모리 블록 (배열로 가장 쉽게 할당 됨)을 사용하여 각 데이터 블록을 개별적으로 활용하여 참조의 좋은 지역성을 보장해야합니다. update()즉, 특정 update()호출 내에서 재사용하려는 데이터를 재사용하기 전에 하드웨어의 LRU 알고리즘을 통해 캐시가 플러시되지 않도록하는 시간적 지역성을위한 단계입니다 . 암시 한 것처럼 new각 엔티티 인스턴스에 서로 다른 유형의 데이터가 인터리브되어 참조의 지역성이 줄어들 기 때문에 엔티티와 컴포넌트를 개별 객체로 할당하는 것은 원하지 않습니다 .

구성 요소 (데이터)간에 상호 의존성이있어 관련 데이터 (예 : Transform + Physics, Transform + Renderer)와 일부 데이터를 분리 할 수없는 경우 물리 및 렌더러 배열 모두에서 Transform 데이터를 복제하도록 선택할 수 있습니다. 모든 관련 데이터가 각 성능에 중요한 작업에 대한 캐시 라인 너비에 맞는지 확인합니다.

또한 L2 및 L3 캐시 (대상 플랫폼에서이를 가정 할 수있는 경우)는 제한적인 라인 너비와 같이 L1 캐시가 겪을 수있는 문제를 완화하기 위해 많은 작업을 수행합니다. 따라서 L1 미스에서도 주요 메모리에 대한 콜 아웃을 가장 자주 방지하는 안전망이며, 이는 모든 캐시 레벨에 대한 콜 아웃보다 훨씬 느린 속도입니다.

데이터 쓰기 에 대한 참고 사항 쓰기는 기본 메모리를 불러 오지 않습니다. 기본적으로 오늘날의 시스템에는 후기 입 캐싱이 활성화되어 있습니다. 값을 쓰면 기본 메모리가 아닌 캐시에 (처음에는) 쓰기 만하므로 병목 현상이 발생하지 않습니다. 주 메모리에서 데이터가 요청되고 (캐시에있는 동안에는 발생하지 않음) 오래된 메모리 인 경우에만 주 메모리가 캐시에서 업데이트됩니다.