Android GPU Profiler

Android Vulkan / GLES 앱의 GPU 타이밍을 실시간으로 수집하고 분석하기 위한 라이브 스트리밍 GPU 프로파일러입니다.
앱 소스 코드를 수정하지 않고, Android GPU Layer 방식을 이용해 프레임별 GPU 비용과 병목 구간을 확인할 수 있도록 제작했습니다.

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프로젝트 개요

Android GPU Profiler는 Android 디바이스에서 실행 중인 Vulkan / GLES 앱의 GPU 타이밍 데이터를 PC로 실시간 전송하고,
프레임 단위의 GPU 비용, RenderPass / Scope별 소요 시간, GPU 부하 추이를 시각적으로 분석하기 위해 만든 개인 R&D 프로젝트입니다.

기존의 RenderDoc이나 Android GPU Inspector가 특정 프레임을 캡처해 깊게 분석하는 도구라면,
이 프로젝트는 실행 중인 앱의 GPU 상태를 시간 흐름에 따라 관찰하는 것에 초점을 둡니다.

특히 모바일 게임 개발 중 다음과 같은 상황을 빠르게 파악하는 것을 목표로 했습니다.

• 특정 순간에 프레임이 튀는 원인 확인
• Opaque / Transparent / UI / Blit / Lighting 등 주요 구간의 GPU 비용 추적
• Unity / Unreal / Native 앱을 소스 수정 없이 연결
• Vulkan / GLES 레이어 기반으로 실기기 GPU 타이밍 수집
• 프레임 히스토리와 Scope 타임라인을 통해 병목 구간 시각화

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주요 기능

실시간 GPU 타이밍 스트리밍

Android 디바이스에서 수집한 프레임별 GPU 타이밍 데이터를 TCP로 PC Host 앱에 전송합니다.
단일 프레임 캡처가 아니라, 앱이 실행되는 동안 프레임 히스토리를 계속 관찰할 수 있습니다.

Vulkan / GLES Layer 기반 Attach

Android의 GPU Debug Layer 메커니즘을 이용해 대상 앱에 프로파일러 레이어를 주입합니다.
앱 소스 코드를 수정하지 않고, android:debuggable="true" 빌드라면 외부에서 Attach할 수 있도록 설계했습니다.

Host GUI

PC에서 실행되는 Host 앱은 .NET 8 + Avalonia 기반으로 제작했습니다.
프레임 스트립, Scope Gantt 타임라인, GPU Counter 영역, Bottleneck Banner를 통해 병목을 빠르게 확인할 수 있습니다.

병목 분류

수집된 타이밍 정보를 바탕으로 프레임의 주요 병목을 대략적으로 분류합니다.

• Fragment-bound
• Vertex-bound
• UI-bound
• Overdraw-heavy
• Blit / Resolve 비용
• Lighting 비용
• URP 패턴 추정

Attach 자동화

Host 앱에서 대상 패키지를 선택하면 다음 과정을 자동화합니다.

• Layer APK 설치
• Android GPU Debug Layer 설정
• adb forward 설정
• 대상 앱 실행
• Detach 시 설정 정리

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왜 만들었는가

모바일 게임 최적화 작업에서는 단일 프레임의 상세 분석도 중요하지만,
실제 플레이 중 “방금 튄 프레임이 왜 느렸는지”를 빠르게 확인하는 것이 더 중요한 경우가 많습니다.

RenderDoc이나 AGI는 특정 프레임을 깊게 보는 데 강하지만,
프레임 흐름 전체를 보면서 병목이 언제, 어떤 패스에서 반복되는지 확인하는 용도로는 아쉬움이 있었습니다.

이 프로젝트는 그런 문제를 해결하기 위해 만들었습니다.

• 실기기에서 발생하는 GPU 스파이크를 시간 흐름으로 보고 싶다.
• Unity URP / Unreal / Native 앱을 엔진 수정 없이 연결하고 싶다.
• 프레임별 Scope 비용을 실시간으로 보고 싶다.
• 병목 가능성이 높은 구간을 자동으로 요약하고 싶다.
• 모바일 GPU 특성상 불명확한 Pass 비용을 최대한 실용적으로 해석하고 싶다.

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기술 스택

Native Layer

• C++17
• Android NDK
• Vulkan Layer
• GLES Layer
• ARM64-v8a
• TCP Server
• GPU Timer Query

Host App

• C#
• .NET 8
• Avalonia UI
• TCP Client
• 실시간 타임라인 렌더링
• 프레임 / Scope 데이터 시각화

Android

• Android 9 이상
• Vulkan 1.1+
• GLES 3.0+
• GL_EXT_disjoint_timer_query
• ADB / Android Platform Tools

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구조