Metal ist eine hardwarebeschleunigte 3D-Grafik- und Compute-Shader- API von Apple mit geringem Overhead , die mit iOS 8 eingeführt wurde . Metal vereint Funktionen ähnlich wie OpenGL und OpenCL in einer einzigen API. Ziel ist die Leistungssteigerung durch direkten Zugriff auf die GPU-Hardware für Apps unter iOS , iPadOS , macOS , tvOS und visionOS (jedoch nicht watchOS ). Es ähnelt Low-Level-APIs anderer Plattformen wie Vulkan und DirectX 12 .
Metal ist eine objektorientierte API, die mit den Programmiersprachen Swift , Objective-C oder C++17 [ 4 ] aufgerufen werden kann . Die vollständige GPU-Ausführung wird über die Metal Shading Language gesteuert. [ 5 ]
Merkmale
Metal zielt darauf ab, einen ressourcenschonenden Zugriff auf die GPU zu ermöglichen. Befehle werden vorab kodiert und anschließend zur asynchronen Ausführung an die GPU übermittelt. Die Anwendung steuert, wann auf den Abschluss der Ausführung gewartet wird. Dadurch können Entwickler den Durchsatz erhöhen, indem sie während der GPU-Ausführung weitere Befehle kodieren, oder Energie sparen, indem sie explizit auf den Abschluss der GPU-Ausführung warten. Die Befehlskodierung ist zudem CPU-unabhängig, sodass Anwendungen Befehle für jeden CPU-Thread unabhängig kodieren können. Schließlich werden die Renderzustände vorab berechnet, sodass der GPU-Treiber die Renderpipeline vor der Befehlsausführung konfigurieren und optimieren kann. [ 6 ]
Metal verbessert die Möglichkeiten der GPGPU- Programmierung durch den Einsatz von Compute Shadern . Metal verwendet eine spezielle Shading-Sprache , die auf C++14 basiert und mit Clang und LLVM implementiert wurde . [ 7 ]
Metal ermöglicht Anwendungsentwicklern die Erstellung von Metal-Ressourcen wie Puffern und Texturen. Ressourcen können auf der CPU, der GPU oder beiden zugewiesen werden und bietet Funktionen zum Aktualisieren und Synchronisieren zugewiesener Ressourcen. Metal kann außerdem den Zustand einer Ressource während der gesamten Laufzeit eines Befehlscodierers sichern. [ 8 ] [ 9 ]
Unter macOS bietet Metal Anwendungsentwicklern die Möglichkeit, die auszuführende GPU auszuwählen. Sie können zwischen der stromsparenden integrierten GPU der CPU, der dedizierten GPU (bei bestimmten MacBooks und Macs) oder einer externen GPU, die über Thunderbolt angeschlossen wird, wählen. Zudem können Anwendungsentwickler festlegen, wie GPU-Befehle auf welchen GPUs ausgeführt werden, und erhalten Empfehlungen, auf welcher GPU ein bestimmter Befehl am effizientesten ausgeführt werden kann (Befehle zum Rendern einer Szene können von der dedizierten GPU ausgeführt werden, während Nachbearbeitung und Anzeige von der integrierten GPU übernommen werden). [ 10 ]
Metall-Performance-Shader
Metal Performance Shaders ist eine hochoptimierte Bibliothek von Grafikfunktionen, die Anwendungsentwicklern hilft, eine hohe Leistung zu erzielen und gleichzeitig den Aufwand für die Wartung GPU-spezifischer Funktionen zu reduzieren. [ 11 ] Sie bietet unter anderem folgende Funktionen:
- Bildfilteralgorithmen
- Verarbeitung neuronaler Netze
- Höhere mathematische Operationen
- Raytracing
Geschichte
Metal ist seit dem 2. Juni 2014 für iOS-Geräte mit Apple A7- Chip oder neuer verfügbar [ 12 ] und seit dem 8. Juni 2015 für Macs (Modelle ab 2012) mit OS X El Capitan . [ 13 ]
Am 5. Juni 2017 kündigte Apple auf der WWDC die zweite Version von Metal an, die von macOS High Sierra , iOS 11 und tvOS 11 unterstützt wird . Metal 2 ist keine separate API und wird von derselben Hardware unterstützt. Metal 2 ermöglicht effizienteres Profiling und Debugging in Xcode , beschleunigtes maschinelles Lernen , geringere CPU- Auslastung, Unterstützung für Virtual Reality unter macOS und insbesondere die Nutzung der Besonderheiten der Apple A11 GPU. [ 14 ]
Auf der WWDC 2020 kündigte Apple die Umstellung des Mac auf Apple Silicon an. Macs mit Apple Silicon werden über Apple-GPUs verfügen, deren Funktionsumfang die bisherigen Funktionen von macOS und iOS vereint, und die speziell auf die Tile-Based Deferred Rendering (TBDR)-Architektur der Apple-GPUs zugeschnittenen Funktionen nutzen können . [ 15 ]
Auf der WWDC 2022 kündigte Apple die dritte Version von Metal (Metal 3) an, die zusammen mit macOS Ventura , iOS 16 und iPadOS 16 veröffentlicht werden sollte . Metal 3 führt das MetalFX-Upscaling-Framework ein, das komplexe Szenen dank leistungsstarker Upscaling- und Anti-Aliasing-Funktionen sowie Unterstützung für Mesh-Shader in kürzerer Zeit pro Frame rendert. [ 16 ] Außerdem wurde die Möglichkeit angekündigt, C/C++ für die Metal-API zu verwenden. [ 17 ]
Auf der WWDC 2023 kündigte Apple ein neues Toolkit namens Game Porting Toolkit an, mit dem Spiele für Windows 10/11 portiert werden können. Es umfasst eine Testumgebung für Binärdateien, Übersetzungsschichten von HLSL nach MSL sowie Metal-cpp-Bindings. Jeremy Sandmel kündigte einen neuen Spielmodus für macOS Sonoma an , und Hideo Kojima gab die Veröffentlichung von Death Stranding im macOS App Store bekannt. [ 18 ]
Auf der WWDC 2024 kündigte Apple das Game Porting Toolkit 2 sowie die Veröffentlichung neuer Spiele wie Control: Ultimate Edition , Frostpunk 2 und Assassin's Creed Shadows für macOS an. [ 19 ]
Auf der WWDC 2025 kündigte Apple Metal 4 an, eine neue Version der API mit einem einheitlichen Befehlscodierungssystem, Unterstützung für neuronales Rendering und neuen Technologien wie MetalFX Frame Interpolation und einem Raytracing-Denoising-Algorithmus. [ 20 ]
Unterstützte GPUs
Die erste Version von Metal unterstützt folgende Hardware und Software: [ 21 ]
- Apple A7 SoC oder neuer mit iOS 8 oder neuer
- Apple M1 SoC oder neuer mit macOS 11 oder neuer
- Intel-Prozessor mit Intel HD- und Iris-Grafik der Ivy Bridge-Serie oder höher mit OS X 10.11 oder höher
- AMD-Grafikkarte mit GCN- oder RDNA -Architektur unter OS X 10.11 oder höher
- NVIDIA-Grafikkarte mit Kepler -Architektur unter den Betriebssystemen OS X 10.11 bis macOS 11
- NVIDIA-Grafikkarte mit Maxwell- oder Pascal -Architektur unter den Betriebssystemen OS X 10.11 bis macOS 10.13
Die zweite Version von Metal unterstützt folgende Hardware und Software:
- Apple A7 SoC oder neuer mit iOS 11 oder neuer
- Apple M1 SoC oder neuer mit macOS 11 oder neuer
- Intel-Prozessor mit Intel HD- und Iris-Grafik der Skylake-Serie oder neuer mit macOS 10.13 oder neuer
- AMD-Grafikkarte mit GCN- oder RDNA -Architektur unter macOS 10.13 oder höher
Die dritte Version von Metal unterstützt folgende Hardware und Software: [ 22 ]
- Apple A13 oder neuer mit iOS 16 , iPadOS 16 [ 23 ]
- Apple A14 oder neuer mit iOS 16 , iPadOS 16 oder neuer
- Apple M1 SoC oder neuer mit iPadOS 16 oder neuer
- Apple M1 SoC oder neuer mit macOS 13 oder neuer
- Intel-Prozessor mit Intel UHD 630 oder Iris Plus (Kaby Lake oder neuer) mit macOS 13 oder neuer
- AMD-Grafik mit RDNA -Architektur (5000er- und 6000er-Serie) und Pro Vega ( GCN- Architektur der 5. Generation)
Die vierte Version von Metal unterstützt folgende Hardware und Software:
- Apple A14 oder neuer mit iOS 26 , iPadOS 26 oder neuer
- Apple M1 SoC oder neuer mit iPadOS 26 , macOS 26 oder neuer
Annahme
Laut Apple nutzen im Juni 2017 mehr als 148.000 Anwendungen Metal direkt und 1,7 Millionen Anwendungen nutzen es über übergeordnete Frameworks . [ 24 ] Die folgenden macOS-Spiele verwenden Metal für das Rendering .
| Titel | Entwickler (macOS-Version) | Spiel-Engine | Veröffentlichungsdatum von MacOS (OpenGL/DirectX) | Veröffentlichungsdatum der Metallversion | Hinweise zur Metallunterstützung |
|---|---|---|---|---|---|
| Ark: Survival Evolved | Studio Wildcard | Unreal Engine 4 | 29. August 2017 | ||
| Assassin's Creed Shadows | Ubisoft Quebec | Ubisoft Anvil | 20. März 2025 | ||
| ARMA 3 | Virtuelle Programmierung | Reale Virtualität | 31. August 2015 | Metal-Unterstützung in der Beta-Phase seit dem 17. September 2017 | |
| Baldur's Gate III | Larian Studios | Divinity Engine 4.0 | 22. September 2023 | Metal-Unterstützung im Early Access seit dem 6. Oktober 2020 | |
| Ballistische Übertreibung | Aquiris Game Studio | Unity Engine 5 | 28. März 2017 | ||
| Batman: Arkham City | Feral Interactive | Unreal Engine 3 | 18. Oktober 2013 | Metal-Unterstützung seit dem 21. Februar 2019 mit Version 1.2 | |
| Batman: Der Feind im Inneren | Telltale Games | Verräterisches Werkzeug | 8. August 2017 | ||
| BattleTech | Wahnsinnige Pläne | Unity Engine 5 | 24. April 2018 | ||
| Bioshock Remastered | Feral Interactive | Unreal Engine 2.5 | 22. August 2017 | ||
| Bioshock 2 Remastered | Feral Interactive | Unreal Engine 2.5 | 22. Oktober 2020 | ||
| Cyberpunk 2077 | CD Projekt | REDengine 4 | 17. Juli 2025 | Unterstützung für Metal 4 | |
| Städte: Skylines | Paradox Interactive | Unity Engine 5 | 10. März 2015 | Metal-Support seit dem 18. Mai 2017 | |
| Civilization VI | Aspyr Media | ÜBERLIEFERUNG | 24. Oktober 2016 | Metal-Support seit dem 5. April 2019 | |
| Company of Heroes 2 | Feral Interactive | Essence Engine 3 | 21. Januar 2015 | Metal-Support seit dem 19. Oktober 2018 | |
| Control: Ultimative Edition | Remedy Entertainment | Nordlichtmotor | 26. März 2025 | ||
| Dead Island 2 | Dambuster Studios | Unreal Engine 4 | 24. Juli 2025 | ||
| Deus Ex: Mankind Divided | Feral Interactive | Morgendämmerungsmotor | 12. Dezember 2017 | ||
| DiRT Rally | Feral Interactive | EGO-Motor 2.5 | 16. November 2017 | ||
| Divinity: Original Sin II | Larian Studios | Divinity Engine 2 | 31. Januar 2019 | ||
| Dota 2 | Ventil | Quelle 2 | 18. Juli 2013 | MoltenVK wurde am 26. Februar 2018 angekündigt . [ 25 ] Die Option zur Nutzung wurde am 31. Mai 2018 verfügbar . [ 26 ] | |
| The Elder Scrolls Online | Zenimax Online Studios | N / A | 4. April 2014 | 22. Oktober 2018 | Der OpenGL-Renderer wurde in Patch 4.2.5 durch Vulkan mittels eines MoltenVK-Wrappers ersetzt (übersetzt Vulkan-API-Aufrufe in Metal). |
| Empire: Total War | Feral Interactive | TW-Motor 3 | 4. März 2009 | Metal-Support seit dem 16. Dezember 2019 | |
| EVE Online | CCP Games | N / A | 6. November 2007 | 14. Oktober 2021 | Zuvor war es von November 2007 bis Februar 2009 über DirectX 9.0 auf macOS verfügbar ; die native macOS-Version mit Metal wurde am 14. November 2021 veröffentlicht. |
| Everspace | Felsenbarsch | Unreal Engine 4 | 26. Mai 2017 | ||
| F1 2016 | Feral Interactive | EGO Engine 4.0 | 6. April 2017 | ||
| F1 2017 | Feral Interactive | EGO Engine 4.0 | 25. August 2017 | ||
| Fortnite | Epic Games | Unreal Engine 4 | 25. Juli 2017 | ||
| Frostpunk | 11 Bit Studios | Flüssigkeitsmotor | 24. Februar 2021 | ||
| Frostpunk 2 | 11 Bit Studios | Unreal Engine 5 | 20. September 2024 | ||
| Kies | Virtuelle Programmierung | Unreal Engine 4 | 20. Januar 2019 | ||
| Guardians of the Galaxy: Die Telltale-Serie | Telltale Games | Verräterisches Werkzeug | 18. April 2017 | ||
| Headlander | Double Fine Productions | Buddha-Motor | 18. November 2016 | ||
| Helden des Sturms | Blizzard Entertainment | SC2-Motor | 2. Juni 2015 | Metal-Unterstützung in der Beta-Phase seit dem 24. Januar 2017 (vorübergehend entfernt am 29. November 2017 [ 27 ] bis auf Weiteres ?) | |
| Auftragskiller | Feral Interactive | Gletscher 2 | 20. Juni 2017 | ||
| Hollow Knight | Team Cherry | Unity Engine [ 28 ] | 11. April 2017 | ||
| Hollow Knight: Silksong | Team Cherry | Unity Engine [ 28 ] | 4. September 2025 [ 29 ] | ||
| Life Is Strange: Before the Storm | Feral Interactive | Unity Engine | 13. September 2018 | ||
| Life Is Strange 2 | Feral Interactive | Unreal Engine 4 | 2019 | ||
| Mafia III | Aspyr Media | Illusion Engine | 11. Mai 2017 | ||
| Medieval II: Total War | Feral Interactive | TW-Motor 2 | 17. Dezember 2015 | Metal-Support seit dem 25. Oktober 2018 | |
| Micro Machines World Series | Virtuelle Programmierung | Unity Engine 5 | 30. Juni 2017 | ||
| Minecraft: Story Mode – Staffel 2 | Telltale Games | Verräterisches Werkzeug | 11. Juli 2017 | ||
| MXGP3 | Virtuelle Programmierung | Unreal Engine 4 | 23. November 2018 | ||
| Napoleon: Total War | Feral Interactive | TW-Motor 3 | 2. Juli 2013 | Metal-Unterstützung seit dem 25. Oktober 2019 mit Version 1.2 | |
| Obduktion | Cyan Worlds | Unreal Engine 4 | 29. März 2017 | ||
| Beobachter | Bloober-Team | Unreal Engine 4 | 24. Oktober 2017 | ||
| Quake II | id Software | Quake II-Engine | 9. Februar 2019 | Eine Portierung mit MoltenVK wurde als vkQuake2 veröffentlicht. [ 30 ] | |
| Abgelehnt | Dominique Grieshofer | Unreal Engine 4 | 5. September 2016 | ||
| Resident Evil 2 | Capcom | RE-Motor | 10. Dezember 2024 | ||
| Resident Evil 3 | Capcom | RE-Motor | 18. März 2025 | ||
| Resident Evil 4 | Capcom | RE-Motor | 20. Dezember 2023 | ||
| Resident Evil Village | Capcom | RE-Motor | 28. Oktober 2022 | Erstes macOS-Spiel mit MetalFX-Unterstützung | |
| Rise of the Tomb Raider | Feral Interactive | Fundament-Engine | 12. April 2018 | ||
| Shadow of the Tomb Raider | Feral Interactive | Fundament-Engine | 2019 | ||
| Sid Meiers Eisenbahnen! | Feral Interactive | Gamebryo | 1. November 2012 | Metal-Support seit dem 18. Dezember 2018 | |
| Die Sims 3 | Maxis Redwood Shores | Die Sims 3 Engine | 2. Juni 2009 | 28. Oktober 2020 | |
| Die Sims 4 | Maxis | SmartSim | 17. Februar 2015 | Metallunterstützung hinzugefügt am 12. November 2019 | |
| Sky: Kinder des Lichts | Thatgamecompany | N / A | 18. Juli 2019 | Native Metal-Unterstützung wurde seit der Vorveröffentlichung im November 2017 hinzugefügt. | |
| Starcraft | Blizzard Entertainment | Modifizierte Warcraft II-Engine | 20. November 2001 | Metal-Unterstützung seit dem 2. Juli 2020 mit Version 1.23.5 | |
| StarCraft II | Blizzard Entertainment | SC2-Motor | 27. Juli 2010 | Metal-Unterstützung in der Beta-Phase seit dem 24. Januar 2017 | |
| Grabräuber | Feral Interactive | Fundament-Engine | 17. Januar 2014 | Metal-Unterstützung mit Version 1.2 im Juli 2019 | |
| Total War: Rome Remastered | Feral Interactive | TW-Motor 2 | 29. April 2021 | ||
| Total War: Shogun 2 | Feral Interactive | TW-Motor 3 | 31. Juli 2014 | Metal-Support seit dem 4. Oktober 2019 | |
| Total War: Shogun 2: Fall of the Samurai | Feral Interactive | TW-Motor 3 | 18. Dezember 2014 | Metal-Support seit dem 4. Oktober 2019 | |
| Total War: Three Kingdoms | Feral Interactive | TW-Motor 3 | 23. Mai 2019 | ||
| Total War: Warhammer | Feral Interactive | TW-Motor 3 | 19. April 2017 | ||
| Total War: Warhammer II | Feral Interactive | TW-Motor 3 | 20. November 2018 | ||
| Total War Saga: Thrones of Britannia | Feral Interactive | TW-Motor 3 | 24. Mai 2018 | ||
| Total War Saga: Troy | Feral Interactive | TW-Motor 3 | 13. August 2020 | ||
| Transportfieber 2 | Stadtspiele | N / A | 23. Februar 2021 [ 31 ] | Metallunterstützung mit MoltenVK [ 32 ] und OpenGL [ 31 ]. | |
| Universe Sandbox | Riesenarmee | Unity Engine 5 | Wird noch bekanntgegeben | Metal-Unterstützung in der Beta-Phase seit Juni 2017 | |
| Unreal Tournament | Epic Games | Unreal Engine 4 | Abgesagt | Metal-Support seit Januar 2017 | |
| War Thunder | Gaijin Entertainment | Dagor-Motor 4 | 1. November 2012 | Metallunterstützung hinzugefügt am 24. Mai 2017 (entfernt im Jahr 2018 und wieder eingeführt am 27. August 2020 ) | |
| Warhammer 40.000: Dawn of War III | Feral Interactive | Essence Engine 4 | 9. Juni 2017 | ||
| Der Zeuge | Thekla, Inc | Thekla-Motor | 8. März 2017 | ||
| World of Warcraft | Blizzard Entertainment | WoW-Engine | 23. November 2004 | Metal-Support seit August 2016 | |
| X-Plane 11 | Laminarforschung | N / A | 30. Mai 2017 | Metal-Unterstützung in der Beta-Phase seit dem 2. April 2020 [ 33 ] |
Siehe auch
- Direct3D – DirectX 12 führt Low-Level-APIs ein.
- Mantle – Low-Level-API von AMD
- Vulkan – der ressourcenschonende Nachfolger von OpenGL
- MoltenVK – Software-Kompatibilitätsbibliothek zur Ausführung von Vulkan-Software auf der Metal-API
- WebGPU
- OpenGL – plattformübergreifende Grafik-API
Referenzen
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Externe Links
- Metal für Entwickler
- Metal-Programmierleitfaden (vorläufig)
- WWDC14-Demo ; erweiterte Version
- Installation von macOS 10.14 Mojave auf Mac Pro (Mitte 2010) und Mac Pro (Mitte 2012) – Apple-Artikel mit Erklärung, welche GPUs mit Apples Metal-APIs unter Mac OS 10.14 (Mojave) kompatibel sind