Что такое видеокарта dx11

Сравниваем DirectX 9 и Direct 11 | Важные отличия

Даже покупаемые «для учёбы» компьютеры то и дело используются для игр. И разработчики операционной системы Windows прекрасно это понимают, интегрируя прямо в код ядра библиотеки и механизмы взаимодействия с видеокартой. И DirectX – как раз такой инструмент.

Вообще, DirectX – это набор интерфейсов прикладного программирования, которые предназначены для взаимодействия приложений с «железом». Например, входящий в него пакет алгоритмов Graphics нужен для работы с видеокартой, а DirectMusic – со звуковой картой. В целом, в него входят девять пакетов интерфейсов, направленных на воспроизведение и вывод различного мультимедийного контента.

DirectX развивается одновременно с операционной системой Windows. Каждые 1-3 года выходят новые его версии, направленные на улучшение работы периферийного оборудования. И поэтому многим начинающим геймерам может быть непонятно, чем отличается одна итерация от другой.

Разберёмся, чем отличается Direct 9 от DirectX 11 и других версий.

DirectX 9

Интерфейс DirectX 9 был представлен одновременно с операционной системой Windows Server 2003 и входит в неё в качество основного API взаимодействия с графическим и звуковым оборудованием.

Главным достоинством интерфейса стала поддержка шейдеров. Шейдеры – это специальные подпрограммы, которые необходимы для определения геометрических свойств объекта. Так, благодаря ним предметы в играх могут отбрасывать реалистичные тени, в них могут отражаться другие вещи и так далее. Шейдеры делают игры более красивыми и кинематографичными, виртуальные миры кажутся более натуральными.

Пока не особо понятно, почему компания Microsoft решила имплементировать DX9.0 в серверную операционную систему. Однако в 2004 году она же выпустила Windows XP SP2, и этот API входил в неё. Именно так и началось распространение DX9.0 среди домашних пользователей.

По сути, все игры, выпущены в период с 2004 года по 2009 год, ориентированы на использование DirectX 9. Это же справедливо и для видеокарт. Как настольные, так и мобильные (предназначенные для ноутбуков), они предназначены для работы именно с этим интерфейсом.

Достоинства

Повышенная производительность на очень старых компьютерах.

Недостатки

Сравнительно узкое распространение (нативно встроен только в Windows XP SP2);

Ограниченная производительность за счёт не самой правильной работы с многопоточностью.

Кстати! Казалось бы, куда делся DirectX 10? А он никуда и не девался, он есть. Десятая версия интерфейса вышла в 2006 году вместе с операционной системой Windows Vista. Но сама эта среда была настолько «тормознутой» и «глючной», что о ней предпочли побыстрее забыть и создатели, и разработчики игр.

DirectX 11

Интерфейс DirectX 11 был представлен в 2009 году вместе с операционной системой Windows 7 и тут же «принят на вооружение» как производителями видеокарт, так и разработчиками компьютерных игр. Причина такой популярности очень проста – многопоточность.

Одиннадцатое поколение принесло расширенную поддержку многопоточных вычислений. Теперь видеоданные разделялись на несколько отдельных потоков, каждый из которых обрабатывался на отдельном ядре. Благодаря этому взаимодействие с многоядерными видеокартами стало намного лучше.

После реализации этого интерфейса многоядерные видеокарты стали производиться чаще и активнее. Например, у NVIDIA в последних моделях графических ускорителей вычислительный блок может состоять из 3-4 тысяч ядер CUDA! Благодаря этому скорость обработки визуальной информации увеличивается многократно.

В целом, главными преимуществами одиннадцатой версии интерфейса стали:

Поддержка многопоточности на многоядерных графических ускорителях;

Увеличение КПД одноядерных и старых видеокарт;

Снижение интенсивности нагрева графических ускорителей.

Кроме того, это API принесло нативную поддержку «вытянутых» мониторов формата 16:9. Благодаря этому внешний вид операционной системы в целом и рабочего стола в частности стал намного привлекательнее. Иконки перестали наезжать друг на друга!

Однако для работы DX11 требуется больше ресурсов. Поэтому в некоторых случаях на старых играх производительность с DX11 будет ниже, чем с DX9 – если, конечно, игра позволяет выбрать интерфейс, через который будет взаимодействовать.

Достоинства

Повышенная производительность при использовании многоядерных видеокарт;

Повышение КПД при работе со старыми и слабыми графическими ускорителями;

Поддержка новых визуальных эффектов.

Недостатки

Повышенное потребление ресурсов компьютера, не связанных с графической подсистемой – например, процессора или оперативной памяти;

Отсутствие обратной совместимости – предыдущие версии «винды» не поддерживают одиннадцатое поколение даже после установки распространяемого пакета.

Преемником DX11 стал DirectX 12. Этот интерфейс был представлен вместе с операционной системой Windows 10 в 2005 году и принёс поддержку шейдерной модели 5.1, которая обеспечивала ещё большую реалистичность при отображении текстур, теней и свечения.

Различия между DirectX 9 и DirectX 11 – и что выбрать

Итак, основным различием между DX9 и DX11 стала поддержка многопоточных вычислений. Впрочем, этим разница не ограничивается.

Основная поддерживающая операционная система

Источник

Железный эксперимент: DirectX 12 против DirectX 11

На словах у Microsoft все просто великолепно. DirectX 12 дает программисту полный доступ к комплектующим компьютера. «Полный доступ к ресурсам железа» способствует лучшей оптимизации игр. Если это интересно разработчику, конечно же. А «улучшенная оптимизация» — это рациональное использование системных требований. Цепочка ясная и логичная. По идее, все должны быть в плюсе. Разработчики реализуют свой творческий потенциал и обзаведутся любовью (и денежками) геймеров. Игроки получат качественный продукт без серьезных затрат на покупку очень мощного компьютерного железа.

30 сентября 2016 года DirectX исполнится 21 год. Но только в 12-й версии Microsoft решила перейти к низкоуровневому программированию.

Я уже высказывал свое мнение относительно DirectX 12. В последнее время среди компьютерных (и консольных тоже) игр присутствует слишком много низкокачественного продукта. Халтурят все, даже так называемые ААА-проекты то и дело щупают дно. Складывается впечатление, что разработчики вообще не утруждают себя тестированием и оптимизацией своей продукции. Либо бешеные дедлайны маркетологов заставляют программистов выпускать в продажу откровенно сырой продукт. В результате качество графики в компьютерных играх за последние пару лет кардинальным образом не увеличилось. Чего не скажешь о системных требованиях. Купить видеокарту за 650 долларов США, чтобы не получить 60 кадров в секунду в разрешении Full HD — это уж слишком, знаете ли! Выход видеокарт Polaris и Pascal отчасти исправит эту ситуацию, ведь откровенно устаревший 28-нанометровый техпроцесс используется вот уже целых пять лет. Переход на 16-нанометровые «рельсы» даст серьезный толчок в плане быстродействия. В сложившейся ситуации помочь должен и DirectX 12. Конвейер заработал, в марте поддержкой нового API обзавелись достаточно культовые франшизы про «Агента 47» и расхитительницу гробниц Лару Крофт.

Железный эксперимент: DirectX 12 против DirectX 11

Коротко o DirectX 12

Про основную «фишку» DirectX 12 я написал. Низкоуровневый API снижает уровень абстрагирования оборудования. Подробно про двенадцатую версию детища Microsoft мы уже писали. Не вижу смысла повторяться. Возможности DirectX 12 в «вакууме» наглядно демонстрирует специальный тестовый пакет бенчмарка 3DMark. Согласно результатам, эффективность низкоуровневых API (не забываем про Mantle и Vulkan) выше минимум на порядок. Все очень просто: DirectX 11 накладывает ограничения на количество команд отрисовки центрального процессора. Но будем честны: 3DMark — это всего лишь 3DMark. Цифры красивые, однако с реальностью никак не соотносятся.

Сравнение производительности DirectX 11 и DirectX 12 в 3DMark

DirectX 12 поддерживается всеми современными видеокартами, но есть один нюанс. API разделен на три уровня: DirectX 12 API, DirectX 12 _ 0 и DirectX 12 _ 1. Начальную версию интерфейса поддерживают все графические чипы AMD и NVIDIA, выпущенные по 28-нанометровому техпроцессу, а также линейка адапетров GeForce 400/500 поколения Fermi. А вот дальше начинаются расхождения. Список поколений 3D-ускорителей занесен в сводную таблицу. Под видеокартами Maxwell 1-го поколения подразумеваются адаптеры GeForce GTX 750/750 Ti.

DirectX 12 работает только с Windows 10. Маркетинг чистой воды, нацелен на увеличение числа пользователей этой ОС. Можно ли этому противостоять? Можно, но только при продвижении другого API. Например, Vulkan.

DirectX 12 работает только в среде Windows 10.

Список игр, поддерживающих DirectX 12, заметно увеличился. В этом материале мы рассмотрим HITMAN, Rise of the Tomb Raider и Ashes of the Singularity. Эти игры поддерживают и DirectX 11, и DirectX 12. Две из них вышли совсем недавно. Ashes of the Singularity все еще находится на стадии beta-тестирования. Эксклюзивно для Windows 10 вышла ремастеринг-версия культовой Gears of War. Совсем скоро появятся игры ААА-класса: Deus Ex: Mankind Divided, Forza Motorsport 6 Apex и Quantum Break. На только что прошедшей выставке GDC представили движок CryEngine V. Отныне все Xbox-эксклюзивы будут выходить в том числе и на ПК. Но только исключительно под Windows 10. Спасибо новой стратегии Microsoft.

Качество

Как я уже говорил, DirectX 12 разработан для более качественной оптимизации под современное железо. Технологии Tiled Resources, Typed UAV и Bind, входящие в состав этого API, существенно (на бумаге) экономят ресурс видеопамяти и ориентируют API на использование большего числа ядер центрального процессора. Принцип консервативной растеризации ускоряет расчет теней и фильтра MSAA. Логично, что оптимизация приведет и к улучшению качества графики, но самое главное — это все же увеличение стабильности и быстродействия.

DirectX 12 — это не про качество.

Игра про «Агента 47» сразу же получила поддержку DirectX 12. Клиент включает встроенный бенчмарк. Он заметно облегчает процесс тестирования, но некоторые коллеги отмечают, что в игре есть локации, которые сильнее нагружают систему, нежели подготовленный разработчиком скрипт. Rise of the Tomb Raider обзавелась поддержкой нового API при помощи патча. Игра также обзавелась встроенным бенчмарком.

Источник

DX11 и DX12: а есть ли между ними разница?

Сменяются видеокарты, игры, процессоры, а смена DX11 на DX12 тянется еще с 2015 года, поэтому многие и забыли, чем эти версии отличаются друг от друга, и что же принесет новая API. В большей части на этом лежит вина и самого Microsoft, так как они сделали DX12 достоянием исключительно Win10, заявив что на более старых системах DX12 невозможно реализовать, но не так давно появилась информация, что поддержка DX12 все же появится на win7, и первой игрой будет World of Warcraft. В результате долгое время компьютеров с поддержкой DX12 было крайне мало, чтобы разработчикам игр вообще стоило обращать на этот сегмент свое внимание. Пожалуй, только сама Microsoft и ее дочерние игровые компании перешли на полноценный выпуск игр на DX12, но среди них не было значимых шедевров, и, пожалуй, самая узнаваемая серия — это Forza Horizon.

Однако, на начало 2019 года ситуация стала меняться, и, прежде всего, мы уже видим в статистике STEAM, что большинство компьютеров (64.53%) уже имеют как видеокарту так и операционную систему, совместимую с DX12, и стоит напомнить, что последнее поколение приставок Microsoft и Sony тоже поддерживают DX12, что в итоге дает нам абсолютное большинство игровых устройств DX12 ready.

В итоге мы видим, что на конец 18 и начало 19 года все больше и больше игр отказываются от DX11 как основного API в пользу как DX12, так и Vulkan. Вот их список:

Готовятся к выходу и, скорее всего, будут иметь поддержку Vulkan или DX12

Поскольку мы выяснили, что для полномасштабного ввода DX12 есть как готовность со стороны пользователей, так и достаточное кол-во крупных проектов, то стоит освежить знания о этом API. Вероятнее всего, вы считаете, что самым главным отличием DX12 от своего предшественника является возможность трассировки лучей, и на этом все отличия заканчиваются, но это вовсе не так. Давайте взглянем на отличия этих двух версий, чтобы нам лучше понимать, чего эти версии могут и не могут, и что реально принесет DX12.

Таким образом выглядит пример работы игры с DX11: один поток отвечает за обработку видео, на остальных работают другие части движка, например звуковой движок, сетевая часть, расчет NPC и так далее, главное, что за самую емкую и сложную часть отвечает только 1 ядро процессора. Теоретически DX11 может работать максимум с двумя потоками, но, к сожалению, как показывает практика, это остается только теорией. DX12 уже способен работать с восемью потоками, и выглядит это так:

DX12 распределяет по потокам/ядрам самую объемную задачу по подготовке данных и последующей обработке их на GPU, что влияет положительно на производительность. Производительность, разумеется, не вырастает в 8 раз, так как этот процесс не идеально масштабируемый, и есть и другие узкие места. Забавно отметить, что результаты работы в случае всего одного потока или восьми отправляются на GPU о обрабатываются тысячами ядер CUDA или CU в зависимости от вендора GPU.

Что же происходит с данными попавшими в GPU?

Вверху видна последовательность обработки данных DX11, которая происходит в строго установленном порядке, и без выполнения предыдущих задач следующие не могут быть реализованы, тогда как DX12 имеет возможность разделения и исполнения этих задач на разных ядрах нашего GPU, что обеспечивает большую загрузку самого GPU и приводит к уменьшению задержек и росту FPS. Важно отметить, что скорость исполнения самих элементов, из которых состоит вся задача, не увеличивается. Весь выигрыш в производительности достигается только за счет оптимизации очереди — это и называется асинхронные вычисления.

Давайте теперь взглянем на то, что же конкретно подготавливает CPU для последующей обработки на GPU, если конечную картинку мы видим в таком виде:

То процессор передает каркас изображения в виде сетки полигонов для последующей закраски — аналогия с деткой книжкой-раскраской более чем уместна.

Каждый из полигонов обрабатываются на CPU и называется вызовом отрисовки или draw call. Соответственно, чем больше полигонов в кадре мы видим, тем больше нагрузка на CPU, такие ситуации наиболее характерны для игр с открытым миром и появления большого количества объектов в кадре, особенно если это очень детализированные объекты как NPC. В других случаях — когда мы смотрим в небо или видим незначительное кол-во полигонов в каком-нибудь ограниченном пространстве, например, коридоре, где вызовов отрисовки не так много, преимущества DX12 тают. Давайте перейдем к выводам из теоретической части знакомства с DX12.

Программирование под DX12 сложнее, и все преимущества нового API раскрываются полностью, только когда движок изначально разрабатывается, а не адаптируется под него.

Для несложных сцен, где в кадре мало объектов/предметов и полигонов, DX12 может показывать меньшую производительность по сравнению с DX11, так как все вызовы отрисовки прекрасно успевают обрабатываться на 1 ядре процессора, а в случае с DX12 результаты работы восьми потоков надо еще синхронизировать. Это может быть верно для целых игр, а не просто сцен, если они в своей основе имеют несложную графику.

DX12 не снижает нагрузку на процессор, а, наоборот, увеличивает, только при этом нагрузка распределяется до 8ми ядер/потоков процессора а не ложится на 1 ядро.

Выигрыш от перехода на DX12 будет у процессоров с небольшой производительностью на ядро, но большим их количеством, например, как серия FX от AMD.

Синтетический тест 3D mark Api Overhead Test https://3dnews.ru/911658

Наблюдаем в кадре то самое большое количество объектов, и результат — отличие на порядок,- это действительно огромная разница, даже если сделать скидку на то, что это синтетический тест.

Игровые тесты

Lara Croft Shadow of the Tomb Raider

Для рассмотрения возьмем последнюю сцену из 3х тестовых отрезков — она наиболее характерна большим количеством вызовов отрисовок.

Обратите внимание на загрузку процессора: слева DX11 74%, справа DX12 100%.

Первые 3 значения относятся к последней сцене теста, четвертое же значение — это результат по всем трем сценам. Примечательно что максимальный кадр, который был отмечен, был в момент показа именно куска неба, и разницы между API нету, в то время как наибольшая разница отмечена именно в минимальных кадрах, и достигает она внушительных 43%. То есть, в самых графически нагруженных сложных сценах мы видим наибольшую пользу от перехода на DX12.

Resident Evil 2 remake

В этом тесте мы видим куда менее тривиальные результаты: падение максимального и среднего кадра, но и подъем минимальных значений аж на целых 33%. То есть, в моментах, где производительности 1 потока вполне хватает, DX11 даже быстрее, но как только сцена усложняется и производительности 1 потока недостаточно, DX12 раскрывается, что переносит весь игровой процесс до 60+ кадров, а DX11 опускается до условно неиграбельных 45. Боюсь именно с такими результатами и связана такая нелюбовь тестеров к DX12, так как в нем может быть меньше максимальных кадров, и даже, что может показаться совсем неприемлемым, и средние кадры, однако, как ни парадоксально, DX12 при этом более комфортен для игры.

Давайте перейдем к связкам с другим видеокартами и процессорами и понаблюдаем за результатами. Для этого выберем 4 игры:

Все эти игры работают как в режиме DX11, так и DX12. Давайте сравним, каковы будут изменения от смены API. Во всех тестах в качестве CPU применялся 9900K в разгоне до 5.0. Другими словами, мы увидим ситуацию, когда процессор не ограничивал нашу производительность.

Данные в таблице — это изменения в % между API. Интересно, что видеокарты семейства Pascal по-разному реагируют на DX12, несмотря на одинаковую архитектуру в их основе, прироста на младших моделях нет, связано ли это с работой драйвера или аппаратной части, находится за рамками этого блога. Нужно констатировать только одно: на видеокартах, формально имеющих поддержку DX12_1, прироста от перехода на новый API может не быть. С другой стороны, видеокарта RX 580, формально имеющая поддержку только DX12_0, дает прирост в 9% как топовая GTX 2080, прирост у видеокарт Vega доходит до 17%, что является просто потрясающим результатом. В любом случае мы замечаем прирост на последних сериях видеокарт от 5% до почти 20% производительности, и это очень значительное изменение. Что можно сказать — даже в связке с мощным процессором на современных видеокартах переход на DX12 оправдан и увеличивает производительность, если провести подобные тесты с менее производительным процессором, то отличия будут еще более существенны.

Справедливо будет заметить, что у компании Nvidia традиционно была хорошая производительность под DX11, и можно было бы предположить, что DX12 просто мог не давать таких преимуществ как у конкурентов. Давайте немного отвлечемся от темы сравнения API и взглянем более пристально на сами видеокарты.

Что ж, в DX11 видим тотальное доминирование продуктов Nvidia, и только Vega 56 немного опережает своего визави в виде GTX1070.

Однако при переходе на DX12 ситуация кардинально меняется, и Vega 56 опережает GTX 1070 уже на 13% и отстает на 7,6% от GTX1080, Vega 64 же опережает GTX 1080 5.4% и не дотягивает до RTX 2070 всего 2%! Да, похоже, AMD не зря в своих презентациях много внимание уделяла DX12 — действительно, их продукция намного лучше чувствует себя под новым API.

В качестве вывода можно сказать, что для владельцев старых процессоров, которые приобрели одни из последних серий видеокарт, переход на DX12 в любимой игре даст ощутимую прибавку производительности вплоть до 50%, при использовании DX12 на топовых видеокартах и процессорах выигрыш DX12 может составлять 10-20%, что тоже крайне не мало, поэтому все больше и больше разработчиков обращают внимание на новый API, и если в 19 году как минимум 50% из крупных, так называемых AAA, игр вышло с поддержкой DX12, то с выходом консолей нового поколения как от Microsoft, так и от Sony игровая индустрия окончательно перейдет на новый стандарт, поэтому при покупке видеокарты уже сейчас стоит обращать внимание преимущественно на тесты именно в этом API. Поэтому, скажем, новые серии Turing в виде 1660 1660ti 1650 1650ti могут быть намного привлекательнее, чем это могло бы казаться на первый взгляд т.к. по сравнению с 1050ti,1060, 1070 они действительно быстрее работают под новым API.

Результаты последних тестов взяты со страниц сайта gamegpu.com

Больше моих тестов и обзоров вы найдете на моем youtube канале.

Источник

DirectX 11 против DirectX 12: практическая польза от новой версии графического API

Оглавление

Немного теории

Для начала повторим вкратце основы о DirectX 12 из всего того, что мы рассказывали вам в своих многочисленных обзорах. Графические API обновляются довольно редко, и до сих пор большинство игр использует еще Direct3D 11 (D3D11 для краткости), которому уже больше 10 лет. Но все чаще игровые разработчики начинают использовать Direct3D 12 и Vulkan, которые появились после активного продвижения собственного API Mantle компанией AMD. Указанные API используют схожий подход по улучшению эффективности использования графических процессоров, но являются универсальными для всех современных GPU. В рамках сегодняшнего обзора мы не будем рассматривать Vulkan, но в целом этот API очень схож с D3D12 в своей основе.

Увы, при всех преимуществах новой версии DirectX, темп освоения новых возможностей разработчиками не так высок, как бы всем хотелось. До сих пор чаще всего используется DirectX 11 в виде основного API, и лишь при поддержке производителей GPU (в основном — AMD, по понятным причинам) они все же продавливаются в игры. Сначала поддержка Direct3D 12 во многих играх появлялась в экспериментальном виде, как проба пера, и частенько она не давала прироста производительности вообще, или он был крайне незначительный.

Если попытаться очень вкратце описать преимущества нового API, то главные его нововведения заключаются в асинхронных вычислениях, о которых мы поговорим ниже, и сниженной нагрузке на CPU из-за более быстрой подготовки вызовов функций отрисовки draw calls (команды, результатом которых является отрисовка полигональной сетки с соответствующими атрибутами). Каждый объект и персонаж в кадре требует исполнения нескольких таких функций отрисовки, и при большом их количестве в D3D11 довольно сильно загружается работой центральный процессор системы.

Кое-какую работу по оптимизации этой работы делает видеодрайвер (и у Nvidia он весьма эффективен, а вот D3D11-драйвер AMD справляется с оптимизацией похуже), но в любом случае, более быстрая подготовка вызовов draw calls в D3D12 может значительно снизить загрузку CPU и время простоя GPU, и в результате мы получим более высокую частоту кадров или возможность отрисовки большего количества геометрии при прочих равных. Многопоточная оптимизация для CPU в условиях D3D12 также работает куда более эффективно.

Так происходит потому, что прослойка API при управлении работой графического процессора в D3D12 стала значительно тоньше, и определенная работа была переложена с API на игровой движок, в том числе и менеджмент ресурсов. С одной стороны, это улучшает возможности по оптимизации производительности под конкретные запросы игры, с другой — увеличивает требования к знаниям и способностям игровых программистов. В случае D3D12 им приходится заниматься широким кругом задач, которыми они с D3D11 вообще не занимались. Учет особенностей разных графических архитектур и менеджмент ресурсов у всех получается по-разному, поэтому толк от D3D12 на практике есть не всегда.

Также в D3D12 были внедрены и некоторые дополнительные функции, о которых мы многократно рассказывали в своих материалах, посвященных новым графическим процессорам: консервативная растеризация, тайловые ресурсы, Raster Order Views, переменная частота затенения и другие. Пусть они кажутся не такими значимыми, как внедрение различных типов шейдеров в предыдущих версиях Direct3D, но они дают возможность или улучшить некоторые эффекты или реализовать совершенно новые. Большинство этих возможностей внедрены скорее для повышения эффективности рендеринга в уже существующих алгоритмах, но есть и кое-что новое и очень полезное, особенно для графических процессоров компании AMD.

Речь идет об асинхронных вычислениях. Современные графические процессоры состоят из большого количества различных исполнительных блоков, которые умеют исполнять разные программы, далеко не только графические. В частности, можно вспомнить давно известное аппаратное ускорение физических эффектов на GPU при помощи PhysX и различные фильтры постобработки, в том числе сложные алгоритмы имитации глобального освещения и затенения. Все это выполняется на GPU, и графические и неграфические вычисления вполне могут исполняться параллельно во многих случаях. Именно одновременное исполнение нескольких разных очередей инструкций и называется асинхронными вычислениями.

В качестве примера таких задач, которые можно исполнять параллельно, можно привести обновление карт теней или какие-то сложные алгоритмы постфильтрации — и чем сложнее математические вычисления в них, тем лучше. В последнее время к списку возможных нагрузок для асинхронных вычислений добавилась и часть работы при трассировке лучей, что также помогает повысить эффективность использования имеющихся у GPU ресурсов.

Если D3D11 предусматривает одну очередь инструкций только для графики, то новая версия API позволяет создать несколько отдельных очередей графических команд и других типов вычислений. Команды, исполняемые в разных очередях, могут быть зависимыми, и исполнение инструкций в одной из них может быть остановлено до получения результата из соседней, но они все равно исполняются вместе. Именно такой подход позволяет повысить эффективность использования имеющихся исполнительных блоков, что особенно полезно для графических процессоров AMD архитектуры GCN, которые несколько труднее загрузить работой на 100% их возможностей. Асинхронное исполнение помогает приблизиться к этому.

С графическими процессорами Nvidia дело обстоит сложнее. Часть чипов архитектуры Kepler (старшие модели) хоть и умеют запускать параллельные потоки с вычислениями, но это требует ручной оптимизации в каждом конкретном случае, имеет множество ограничений и в целом работает не слишком эффективно. В Maxwell второго поколения поддержку асинхронных вычислений улучшили, но некоторые ограничения все равно остались — динамическое распределение групп мультипроцессоров SM сделано сложно и недостаточно эффективно. Так что в играх с поддержкой D3D12 на этих GPU вряд ли получится какое-то ускорение от асинхронных вычислений, а чаще всего эта возможность вообще заблокирована в драйвере и открывается под каждое конкретное приложение.

Но в архитектуре Pascal многое изменилось, эти GPU могут распределять ресурсы мультипроцессоров между очередями команд динамически, и хотя смена контекста приводит к большой потере времени, возможности асинхронных вычислений в этом случае все равно не такие гибкие и эффективные, как в случае архитектуры GCN от конкурента. Все это привело к тому, что новые возможности используются не всеми игровыми разработчиками, ведь доля Nvidia на рынке игровых видеокарт для ПК выше. Но из-за использования графических ядер архитектуры GCN в консолях и помощи разработчикам игр от AMD, такая поддержка появляется во все большем количестве игр. Кроме этого, в последних чипах семейства Turing от Nvidia были устранены все недостатки предыдущих GPU компании, связанные с асинхронными вычислениями и они справляются с ними не хуже конкурента.

Вроде бы все наконец-то хорошо, но увы — даже объявленная поддержка D3D12 еще не значит, что игрой используются все новые функции этого API, не говоря уже о разной степени оптимизации кода, которой теперь в большей мере занимаются именно разработчики игр. В частности, менеджмент ресурсов (геометрии, текстур, буферов и т. п.) в новой версии API делается разработчиками игр самостоятельно, из-за этого иногда возникает больше проблем, чем это было с D3D11. Кроме этого, требования к объему видеопамяти у D3D12-версий чаще всего выше, также увеличена возможность появления ошибок и артефактов изображения. В качестве примера можно взять игру The Division 2, которая в D3D12-режиме при малейшей нехватке видеопамяти сразу же начинает сыпать артефактами, хотя эти же видеокарты с таким же объемом памяти прекрасно работают в D3D11-режиме.

Так, версия GeForce GTX 1060 с 3 ГБ видеопамяти в Full HD-разрешении при высоких настройках качества и использовании D3D11 показывает более чем 60 FPS, но переключение на DX12 приносит падение производительности вдвое — почти до 30 FPS. Именно менеджмент ресурсов, за который теперь отвечают разработчики игр, и привел к тому, что в D3D12 ей не хватает 3 ГБ видеопамяти. Разница между D3D11 и D3D12 именно в том, что в первом случае менеджментом ресурсов занимается API и видеодрайвер, а во втором — исключительно игровой код, написанный программистами конкретного проекта.

Эти недостатки не умаляют прелестей новой версии API, которая способна одним повышением эффективности рендеринга дать возможность увеличить количество и геометрическую сложность объектов в сцене, повысить качество эффектов и принести совершенно новые (чего стоит одна только трассировка лучей). Но делать исключительно D3D12-движок пока что никто не решается, так как устаревших видеокарт у пользователей еще довольно много, и чаще всего игры дают возможность выбора между D3D11 и D3D12. И зачастую они не будут выглядеть лучше в случае выбора более свежей версии API, а просто повысится производительность рендеринга, в лучшем случае. Сегодня мы попробуем разобраться, насколько полезно применение Direct3D 12 в современных играх.

Тестовый стенд и условия тестирования

Для того, чтобы сравнение видеокарт AMD и Nvidia было максимально корректным, мы взяли по одной видеокарте среднего уровня из предыдущего поколения: AMD Radeon RX 580 (8 ГБ) и Nvidia GeForce GTX 1060 (6 ГБ). А для того, чтобы проверить, не улучшился ли прирост от новой для D3D12 функциональности в графической архитектуре Turing, мы дополнительно протестировали еще и топовую Nvidia GeForce GTX 2080 Ti. Для всех видеокарт использовались последние версии драйверов, вышедшие на момент проведения тестов.

Так как прирост от использования новой версии API по опыту наших игровых тестов получается большим в режиме, когда скорость рендеринга ограничена CPU, то мы протестировали видеокарты сразу в двух режимах: при разрешении 1920×1080 и средних настройках качества (условно — ограниченный производительностью процессора режим) и при разрешении 2560×1440 и максимальных настройках качества (условно — режим, ограниченный производительностью видеокарты). И пусть GeForce GTX 2080 Ti даже во втором режиме частенько упирается в CPU, для основной пары сравниваемых видеокарт среднего ценового диапазона эти названия соответствуют условиям.

Тестирование производительности

Мы протестировали дюжину игр, в которых есть возможность переключения между рендерерами, использующими Direct3D 11 и Direct3D 12. Vulkan в этот раз не рассматривали, так как это все-таки иной API и напрямую сравнивать их было бы не совсем корректно. Сегодня же наша основная цель состоит в том, чтобы понять, какие преимущества (или наоборот) на практике дает использование более новой версии графического API от Microsoft для разных графических процессоров.

В список игровых проектов вошли только те игры, в которых есть встроенные бенчмарки — тестировать производительность в данном случае нужно точно, ведь при небольшой разнице в производительности, точность измерения и повторяемость нужно обеспечить максимально возможные. И еще — в этот раз мы приводим только средние показатели частоты кадров, а исследование минимальных показателей, да и вообще времени рендеринга кадров и их стабильности — дело отдельного материала. Там тоже будет много интересного.

Ashes of the Singularity: Escalation

Эта игра была одним из примеров хорошей оптимизации для D3D12 во время своего выхода, и с самого начала она отлично работала на видеокартах Radeon, а вот на GeForce дела были похуже. Но с того времени многое изменилось, теперь и графические процессоры Nvidia отлично с ней справляются. Видимо, из-за какой-то программной ошибки, Radeon RX 580 в наших условиях не получил большого прироста от перехода к D3D12, мы перепроверяли результат не один раз.

Зато обе видеокарты GeForce серьезно ускоряются именно в D3D12-версии игры — на 23% и 33% для старшей и младшей моделей. Но хорошо видно, что использование D3D12 для разгрузки CPU — не панацея, обе видеокарты остались ограничены мощностью центрального процессора. D3D11-видеодрайвер Nvidia оптимизирован довольно неплохо, но и конкурент им не сильно уступает в случае этой игры.

В более тяжелых для графических процессоров условиях, разница между версиями графического API ожидаемо снизилась, особенно для младшей пары видеокарт, но прирост в 10%-12% все же есть для среднебюджетных GPU обоих производителей. Старшая же GeForce RTX 2080 Ti даже в таких условиях частично ограничена мощностью CPU и получает от D3D12-рендерера заметное преимущество. Получается, что D3D12 полезнее именно для систем с мощными GPU.

Civilization VI

Похоже, что игра не слишком хорошо оптимизирована в ее D3D12-части, но еще хуже работает Radeon RX 580 в D3D11-режиме. Вероятно, в компании AMD решили, что все будут использовать D3D12 в случае Civilization VI (на диаграммах в названии игры опечатка) и просто незачем заморачиваться оптимизацией для младшей версии API. Наверное, смысл в этом есть, но уж очень велика разница в частоте кадров — почти двукратная.

Обе видеокарты GeForce в D3D11-режиме уперлись в производительность CPU, но старшая все же показала видимое ускорение порядка 14% при переходе к более свежей версии D3D, а вот младшая GTX 1060 в обоих режимах показывает очень близкий результат — судя по всему, D3D11-драйвер Nvidia отлично оптимизирован для этой игры.

В гораздо более тяжелых условиях с применением мультисэмплинга, Radeon RX 580 все еще получает некоторый прирост от новой версии API, но он уже значительно меньше. А вот что касается прямого конкурента этой модели — GeForce GTX 1060, то она в режиме D3D12 сдает позиции, так что на ней включать D3D12-рендерер не имеет смысла. Скорее всего, это связано с большим потреблением видеопамяти в D3D12-режиме, ведь объем VRAM у этой модели — 6 ГБ против 8 ГБ у Radeon.

Заметно более мощная и дорогая модель GeForce GTX 2080 Ti получает прирост производительности при переходе от D3D11 к D3D12, аналогичный тому, что было у (условного) конкурента от AMD, а видеопамяти у нее еще больше, так что повышенные требования к ее объему не сказываются негативно на скорости рендеринга в игре Civilization VI. Подтверждаем вывод, что больше всего смысла в D3D12 именно в случае самого мощного GPU.

Deus Ex: Mankind Divided

Еще одна игра, к созданию и оптимизации которой приложила руку компания AMD, поэтому она отлично работает на Radeon RX 580 и не очень хорошо — на обеих GeForce. Решение AMD стало единственным, которое обеспечивает прирост в режиме D3D12, хоть и довольно небольшой. Производительность рендеринга почти полностью зависит от GPU, поэтому и прирост низкий. Обе видеокарты Nvidia не просто не получают его, но и серьезно уступают себе же при использовании нового API — для GeForce RTX 2080 Ti падение скорости составило аж 24%, младшая же модель показала близкие результаты в обоих режимах.

В более сложном для GPU режиме ультра-настроек баланс загрузки сместился в сторону GPU, и разница между D3D11 и D3D12 уменьшилась, хотя знак остался тем же: Radeon RX 580 быстрее на пару-тройку процентов, GeForce GTX 1060 медленнее на 6%, а старшая видеокарта Nvidia семейства Turing и вовсе уступает себе же в D3D11-варианте уже 12%. Яркий пример игры, в которой польза от D3D12 есть только для видеокарт AMD. Это и неудивительно, так как разработчики игры с ними очень плотно сотрудничали.

Hitman 1

Что касается очередного проекта — Hitman 1, то эта игра в режиме ограничения производительности центральным процессором работает на всех представленных видеокартах абсолютно одинаково, обеспечивая 110-111 FPS в D3D11-режиме и 118-121 FPS в D3D12. Прирост от нового API есть на всех видеокартах и он составляет порядка 7%-9%, но похоже, что более интересным будет сравнение в более тяжелом для GPU режиме.

Похоже, что толк от более новой версии D3D в случае этой игры есть только при ограничении скорости рендеринга мощностью CPU, как это получилось и в этом случае для GeForce RTX 2080 Ti, которая ускорилась аж на 18% при включении D3D12-рендерера. А вот две младшие видеокарты от AMD и Nvidia показали практически идентичный результат в обоих режимах. Вывод все тот же — чем мощнее GPU, тем больше прирост от D3D12, так как скорость чаще упирается в CPU.

Hitman 2

Следующая игра серии сильнее нагружает графические процессоры, поэтому скорость рендеринга в ней не так сильно упирается в возможности CPU. Хотя некоторое ограничение есть, в D3D11-режиме все видеокарты близки. А вот при использовании D3D12 выделяется старшая видеокарта Nvidia, она одна получила прирост от более новой версии Direct3D, хоть и небольшой.

Удивительна разница между D3D11 и D3D12 для Radeon RX 580 и GeForce GTX 1060 — хотя она отрицательная для пары представленных в сравнении GPU среднего уровня, но больше всего от включения нового API пострадал почему-то Radeon, хотя куда чаще бывает наоборот. Посмотрим, что будет при увеличении нагрузки на графику.

В общем и целом, более тяжелые условия для GPU не принесли ничего нового, диаграмма схожа с предыдущей, за исключением того, что топовый Turing сильно вырвался вперед по абсолютным показателям. Парочка среднебюджетных Radeon RX 580 и GeForce GTX 1060 очень близка друг к другу в обоих режимах, решение AMD совсем чуть-чуть впереди, и для обоих нет смысла в D3D12, так как этот режим дает лишь падение скорости. А вот старшая видеокарта семейства GeForce RTX все еще получает прирост, упираясь в CPU, пусть уже и несколько меньше.

F1 2018

Игры от компании Codemasters под официальной лицензией Формулы 1 выходят постоянно, но они мало меняются год от года с графической точки зрения. Впрочем, F1 2018 стала первой, в которой появилась бета-поддержка Direct3D12, и мы этим воспользовались. Похоже, что D3D11-драйвер у AMD не очень хорошо оптимизирован и для этой игры, потому что прирост от включения D3D12 получился более чем на 50%. А вот для Nvidia разница составила всего лишь 9% и 2% для GTX 1060 и RTX 2080 Ti, соответственно, но тоже в пользу нового API.

Зато в более тяжелом режиме ситуация совершенно иная. Младший представитель Nvidia не получает от включения D3D12 никаких преимуществ, а Radeon RX 580 довольствуется 10% прироста. Примерно такая же разница для двух режимов с разными графическими API и для GeForce RTX 2080 Ti, так что в случае тяжелого для GPU режима все похоже на ничью.

Rise of the Tomb Raider

Хорошо видно, что более старая игра приключений Лары Крофт не слишком хорошо оптимизирована для Direct3D12, разница между двумя версиями API составляет лишь до 9%, но если GTX 1060 почти не получает преимущества, то две другие видеокарты показали видимый прирост частоты кадров, хоть и не слишком большой. Посмотрим, что получится в тяжелом для видеочипов режиме:

Как ни странно, но ситуация осталась почти без изменений, только относительные цифры прироста снизились, и теперь он составляет от 2% до 5% — всегда в пользу более новой версии D3D. Старшая GeForce RTX 2080 Ti заметно быстрее других видеокарт, но и для нее разница между D3D11 и D3D12 составляет лишь 5%. Главный вывод — можно смело включать D3D12-режим для видеокарт и AMD и Nvidia, и чем мощнее GPU — тем больше прирост в частоте кадров.

Shadow of the Tomb Raider

Последняя игра серии Tomb Raider получила более продвинутый D3D12-рендерер, и он явно работает лучше на видеокартах Nvidia, что тоже неудивительно, ведь именно они помогали разработчикам игры при оптимизации кода. В то время как Radeon RX 580 в D3D12-режиме уступил самому себе 5% при сравнении с D3D11-версией, GeForce GTX 1060 показала прирост скорости в 13%, а топовая карта семейства Turing вообще была почти на треть быстрее при использовании нового API.

Нагрузка на GPU увеличилась, но не настолько, чтобы скорость упиралась в него в случае GeForce RTX 2080 Ti, поэтому для этой модели выводы остались прежними — в D3D12-режиме скорость заметно выше, а нагрузка на CPU меньше. А вот парочка среднебюджетных решений, ставших весьма популярными за несколько лет, показывает очень близкие результаты в обоих режимах — обе они обеспечивают 37-39 FPS, в зависимости от условий.

The Division 1

Первая игра сериала The Division получила D3D12-рендерер не сразу по выходу, а несколько позднее. Похоже, что он не слишком хорошо подходит для графических решений Nvidia, которые не получают прироста от его использования, а старшая GeForce RTX 2080 Ti даже снижает производительность на несколько процентов. В то же время, единственный Radeon в нашем материале дает почти 10% прирост от применения нового API.

Примерно то же самое получается и при усложнении задачи для графических процессоров — повышение разрешения и качества рендеринга привело к снижению прироста и падения скорости, но их знак остался тем же: на GeForce GTX 1060 выбор API не влияет ни на что, старшая GeForce немного теряет в D3D12-режиме, а модель Radeon RX 580 оказалась быстрее при использовании новой версии API, но уже лишь на 6%.

The Division 2

Вторая часть игры явно смотрится лучше уже в D3D12-варианте, причем сразу на всех участвующих в нашем сравнении графических процессорах. Решения среднего уровня от AMD и Nvidia получают прирост от нового API порядка 10%-12%, хотя при этом Radeon RX 580 оказывается заметно производительнее своего прямого конкурента, а вот GeForce RTX 2080 Ti довольствуется вдвое меньшим приростом в частоте кадров от D3D12.

Ситуация переворачивается с ног на голову при увеличении нагрузки на GPU. Теперь среднебюджетные Radeon RX 580 и GeForce GTX 1060 показывают прирост скорости рендеринга лишь на 8% и 3%, соответственно, а вот старшая видеокарта Nvidia в более сложных для GPU условиях показала прирост FPS аж на 18%. Так что главные выводы все те же. Во-первых, в случае игры The Division 2 можно использовать D3D12-режим на видеокартах обеих компаний: AMD и Nvidia. А во-вторых, толку от нового API тем больше, чем мощнее GPU относительно CPU.

Total War: Warhammer II

Увы, но в случае игры Total War: Warhammer II, режим использования Direct3D12 остается в опытном варианте, и он абсолютно на всех видеокартах серьезно проигрывает D3D11-рендереру. Если для среднеценовых видеокарт Radeon RX 580 и GeForce GTX 1060 падение производительности составило 14%-17%, то для топовой видеокарты семейства GeForce RTX это уже минус треть скорости от D3D11-режима, что просто неприемлемо. Налицо плохая оптимизация разработчиками. Неудивительно, что из более новой Total War: Three Kingdoms такую кривую поддержку выкинули.

Почти то же самое отмечается и в более сложном графически режиме с повышенным разрешением рендеринга и максимальным качеством графики. Абсолютно все GPU при использовании более нового графического API уступают себе же в D3D11-варианте. Видеокарты средней мощности довольствуются падением частоты кадров на 10%-18%, а старшая GeForce — сразу на 27%. Вердикт: не включать D3D12 в этой игре ни в коем случае!

Metro Exodus

Игра Metro Exodus вышла не так давно, и кроме поддержки трассировки лучей DXR, имеет и D3D12-рендерер. Не очень понятно, кто виноват в таком качестве оптимизации, но на Radeon RX 580 мы отмечаем небольшой прирост в скорости рендеринга при переключении API на более новый (5%), а вот на GeForce GTX 1060 получается −4%. И если для D3D11 они обе показали 56 FPS, то в D3D12-режиме разница явно в пользу Radeon. А GeForce RTX 2080 Ti так и вовсе поразила падением скорости более чем на 20%. А ведь игра разрабатывалась с поддержкой компании Nvidia.

Даже на средних настройках в Full HD-разрешении производительность в игре упирается в GPU, ну а при усложнении задачи графический процессор и вовсе становится единственным ограничителем скорости рендеринга. Прирост от включения D3D12 в случае Radeon RX 580 немного увеличился, а вот обе GeForce все так же не получают никаких преимуществ от более современного рендерера, но хотя бы падение скорости стало меньше. В общем, польза от нового API в этой игре снова есть только для Radeon, да и то небольшая.

Выводы

Что хочется сразу отметить — все игры очень разные и сделать однозначные выводы по ним не получится. Средние показатели, полученные при сравнении двух разных версий API, дают не очень много информации, хотя кое-что можно понять и по ним. Уж очень по-разному сделаны D3D11 и D3D12-версии движков в разных играх. Соответственно, и ведут они себя совершенно по-разному на различных GPU, и две-три игры с большим падением или приростом FPS могут очень сильно повлиять на средний счет.

Архитектуры графических процессоров AMD и Nvidia сильно отличаются, качество кода для D3D12 тоже разное. Достаточно сравнить The Division 2, в котором все GPU получают преимущество от новой версии API, и Total War: Warhammer II, в которой на всех видеокартах отмечено сильное падение производительности. Поэтому лучше рассматривать сочетания конкретной игры и отдельных GPU. Но все же приведем средние показатели чисто справочно:

Как видите, по средним цифрам можно увидеть лишь то, что Radeon RX 580 в среднем лучше справляется в D3D12 в режиме средней нагрузки на GPU и большой на CPU. Это может быть вызвано в том числе и тем, что при ограничении производительности рендеринга универсальным процессором, D3D11-драйвер AMD не слишком хорошо оптимизирован для многопоточной работы. У Nvidia такая оптимизация лучше, и в режиме невысокой нагрузки на GPU видеокарты GeForce и в D3D11 выглядят неплохо.

Еще один интересный вывод по средним цифрам — в более тяжелом режиме явно виден сильный прирост скорости у GeForce RTX 2080 Ti. Так получилось из-за того, что даже в повышенном разрешении при максимальных настройках общая скорость рендеринга частенько упиралась в CPU, а в этом случае применение D3D12 дает преимущество. Получается, что больше всего смысла в использовании новой версии D3D будет именно для более мощных GPU.

Мы намеренно не взяли в сравнение архитектуру Kepler — новую версию API эти GPU поддерживают лишь номинально, в некоторых играх D3D12-рендереры вообще не работают на таких GPU, а где работают, то не только не отмечается прироста производительности, а она даже значительно ухудшается, чаще всего. Да и архитектура Maxwell не очень хороша в D3D12-играх, чаще всего и на этих GPU прироста мы не видим. Кроме этого, видеокарты с малым количеством видеопамяти всегда страдают в случае D3D12 больше, так как программисты хуже оптимизируют код, чем это делает предыдущая версия графического API. Мы увидели это на примере игры Civilization IV, в которой в том числе использовался мультисэмплинг, предъявляющий повышенные требования к объему VRAM.

Что можно выделить еще — в случае режима с высокой загрузкой GPU, у видеокарт AMD все неплохо, от новой версии API они получают прирост частоты кадров во многих случаях, хоть и небольшой. За исключением высоких разрешений при малом объеме видеопамяти и некоторых игр, в которых D3D12-движок сделан явно не очень хорошо. Для Pascal в лице GeForce GTX 1060 новая версия API помогает несколько меньше, а иногда и вовсе дает отрицательный прирост FPS.

При упоре производительности в возможности CPU, новая версия Direct3D дает куда больший прирост в большем количестве случаев, и особенно это касается видеокарт AMD, D3D11-драйвер у которых несколько хуже оптимизирован. В своих обзорах мы не раз отмечали, что в таких случаях Radeon частенько проигрывает аналогичным по скорости картам GeForce. Но теперь, когда Direct3D12 используется все чаще, ситуация начинает улучшаться. И игр с поддержкой нового API будет все больше.

Повторим главный вывод нашего небольшого исследования — все игры и движки по-разному оптимизированы для новой версии графического API DirectX, и почти невозможно дать универсальный совет, стоит ли включать D3D12-рендерер или нет. Слишком многое зависит от разработчиков игр, и в случае новой версии D3D их влияние лишь усилилось. На многое также влияет и поддержка со стороны производителей GPU, которые помогают оптимизировать код именно под свои решения. Но DirectX 12 API точно дает важные преимущества и включать его в большинстве игр можно уже без особых опасений.

Источник