DOTS повышает производительность мобильных игр и ускоряет разработку

ECS replaces object-oriented coding with a data-oriented approach much more appropriate for many parts of gaming applications. It decouples data from processing, eliminating an enormous amount of data scattering and enables true multithreading as events no longer have to be processed sequentially.

For example, two entities might be a bullet and a player, each with references to different attributes like position, spawning, and health data. The entities and the attributes are pure data with no attached functionality. The system applies a function to an entity, such as a motion system to a bullet or a spawning system to a player. This separation of data and function lets Unity create jobs that can be processed in parallel on multiple cores. According to Mike Geig, Unity’s Global Head of Evangelism Content, “Once it clicks, it’s pretty easy to wrap your head around it.”

The benefits of using ECS are significant. Simply because of the way data is organized, it’s easier to write optimized code – thus the tagline, “Performance by default.” Smith added, “Some of the doors that ECS opened showed us how to make better algorithms.” In addition, ECS code is highly reusable, archetypes (unique entities) are tightly packed in memory, and perhaps most importantly, ECS can take advantage of increasing numbers of CPU cores. Today, mainstream CPUs have up to 4-6 physical and 8-12 logical cores, while “enthusiast” CPUs have up to 16 physical and 32 logical cores. Most go unused, but DOTS takes full advantage of them all.

Watch Mike Geig’s 5-part Intro to the Entity Component System (ECS) and C# Job System.

Сочетая собственный информационно-ориентированную ECS студии и систему задач C# от Unity, студия Tic Toc смогла полностью использовать многоядерные вычисления и многопоточность. Разработка такого кода усложняется конкуренцией (потоки обрабатываются беспорядочно, что приводит к непредсказуемым результатам), которая накладывает свои ограничения, а постоянное переключение контекста неэффективно.

Тем не менее, система задач решает все вышеперечисленные проблемы, позволяя разработчикам Tic Toc сосредоточиться на игровом коде. «Задача позволяет запускать наши системы в несколько потоков, используя разные ядра ЦП, что раньше было очень сложно реализовать. ECS и система задач позволили нам использовать несколько ядер на все 100%, что увеличило производительность».

Новый компилятор Burst основан на технологиях LLVM и принципах математически-ориентированного компилятора. Он использует задачи C# для создания оптимизированного машинного кода с учетом возможностей целевой платформы. Для Tic Toc это означало, что Смит и его команда избавились от необходимости изучения и переработки сложного низкоуровневого кода для устранения проблем производительности.

«Компилятор Burst позволил нам прогнозировать свою работу с ECS, что сильно ускорило работу. Нам удалось ускорить обработку циклов почти в 30 раз, особенно если они выполнялись несколько раз в одном кадре», — заметил Смит.

Разработчики обнаружили, что при взаимодействии крупных систем компилятор Burst позволяет избежать значительного количества ошибок интеграции, которые обычно устранялись в процессе контроля качества. «Компилятор Burst дает преимущества оптимизированного ассемблерного кода для множества платформ без необходимости вручную перерабатывать его», — добавляет Смит.

Переход студии Tic Toc к информационно-ориентированному программированию поначалу был неуверенным, но задача была интересной. «По мере изучения ECS, мы все легче и легче двигались вперед. Думаю, что сейчас уже все наши сотрудники понимают, да и любят, эту систему, и мы наверняка будем использовать ее в следующих играх», — говорит Смит.

Другим студиям Смит советует следующее: «Не обязательно с головой уходить в ECS. Систему можно внедрять постепенно, поскольку даже небольшие изменения сильно повышают производительность, особенно с учетом оптимизации кода для повторного использования».

Также ведущий разработчик рекомендует сначала опробовать технологии на прототипе. «Попробуйте сначала сделать что-нибудь простое, например, в рамках гейм-джема, будь то тетрис, крестики-нолики, неважно — просто сделайте игру на ECS, и уже потом внедряйте ее в производственный цикл с разработкой графики и других вещей. Вы многое узнаете, столкнувшись с системой».

И наконец, Смит очень рад тому, чего могут ожидать любители игр Tic Toc. «Игроки определенно заметят, насколько изменилась игра, насколько она стала лучше работать, заметят и 60 кадров в секунду, независимо от того, что происходит на экране. Я уверен, им понравится улучшенный игровой процесс и отзывчивость приложения!»