что такое mgpu directx 12
DirectX 12 Multi-GPU: пока работает
Одно из самых важных нововведений в DirectX 12 – это так называемый «asymmetric multi-GPU», функция, позволяющая соединять и запускать вместе видеопроцессоры от разных брендов, при условии поддержки определенного общего уровня технологий (в случае Ashes of Singularity – это Direct3D 12_0). Для работы этой функции недостаточно иметь две видеокарты с поддержкой DirectX 12, нужно также использовать их на приложениях, которые поддерживают DirectX 12. Проще говоря, если вы думаете, что прошлогодние игры на DirectX 11 заработают быстрее с этой функцией – ну, в общем, вы думаете неправильно. Команда Anandtech решила проверить заявления Microsoft о работоспособности этой функции и собрала систему с несколькими видеочипами, используя карты Radeon R9 Fury X и GeForce GTX 980 Ti. Выводы получились интересные.
Для начала, действительно, самый распространенный метод работы с несколькими картами – AFR, когда каждая карта обрабатывает только определенную часть кадров – работает. При его включении появился больше чем 50-процентный прирост производительности, но, увы, далеко не такой большой, как если бы использовались карты одного бренда в связке CrossFire или SLI. Во-вторых, на производительность влияло то, какая из видеокарт выбрана как основная. В Anandtech обнаружили, что конфигурация, в которой основной была R9 Fury X (то есть, к ней был подключен монитор), а GTX 980 Ti была вторичной, работала немного быстрее, чем при обратном варианте. Также через Multi-GPU работает запуск разных видеопроцессоров одного производителя (к примеру, GTX 980 Ti и GTX TITAN X). В чем же главный и неоспоримый плюс этой функции? В том, что система с R9 Fury X и GTX 980 Ti во всех тестах вела себя абсолютно стабильно.
Остается только гадать, сколько продлится это идиллическое состояние индустриальных стандартов, и сколько пройдет времени, прежде чем (может быть) производители видеочипов обнаружат, что это не идет на пользу их коммерческой выгоде. Судя по всему, и AMD, и NVIDIA потратили на мультичиповую оптимизацию довольно много ресурсов. И также только в несколько отдаленном будущем мы точно узнаем, какую часть этих ресурсов они предпочтут пустить на обеспечение мультичиповой производительности в унифицированной системе, а сколько – на собственные разработки SLI и CrossFire.
Интересующимся подробностями и хорошо читающим по-английски мы предлагаем ссылку на полный отчет Anandtech о проведенных тестах.
DirectX 12: Чего ждать?
Уже 29 числа, с выходом Windows 10, станет доступна новая версия DirectX, которая обещает увеличить производительность в играх и не только. В отличие от DirectX 11, вам не потребуется покупать новую видеокарту, и это не может не радовать. DirectX 12 обещает работу на многих устройствах: на смартфонах, планшетах, ноутбуках, персональных компьютерах и Xbox One. Для последнего сама Microsoft предрекает увеличение производительности, даже по сравнению с PS4.
«DirectX (от англ. direct — прямой, непосредственный) — это набор API, разработанных для решения задач, связанных с программированием под Windows. Наиболее широко используется при написании компьютерных игр. Пакет средств разработки DirectX под Windows бесплатно доступен на сайте Microsoft. Зачастую обновленные версии DirectX поставляются вместе с игровыми приложениями.» (с) Wikipedia
Нововведения в DirectX 12
Низкоуровневый доступ
Поскольку ранее DirectX завоевывал рынок, Microsoft была нацелена на универсальность программного обеспечения и не давала разработчикам прямого доступа к низкоуровневым функциям видеокарты. Но теперь, благодаря новым процедурам вызова, доступ к ним открыт. Но если разработчики не используют новшества, то драйверы смогут автоматически оптимизировать их использование для решения стандартных задач.
Многопоточная оптимизация и разгрузка CPU
В марте 2014 года свет увидела большая (на то время) порция информации о новой версии API. Главной темой была оптимизация использования CPU, и в качестве примера были показаны результаты теста скорости вывода кадра в бенчмарке 3DMark. На скриншоте ниже можно увидеть сокращение скорости отображеня кадра в два (!) раза из-за оптимизации использования лишь CPU и более «умного» распределения ресурсов по ядрам.
Также оптимизирована работа процессоров, имеющих более четырех ядер. Если раньше не имело смысла переплачивать за лишние ядра, если процессор покупался для игр, то теперь все поменялось.
Использование нескольких GPU
Настал праздник для геймеров, имеющих встроенное видео ядро в своих процессорах, но не слишком мощную дискретную видеокарту. DirectX 12 позволит работать одновременно не только видеокартам с технологиями SLI или CrossFire, но и связкам «дискретная + интегрированная».
Но и для владельцев известных связок есть приятная новость. Видеокарты работают одновременно, а не поочередности, а видеопамять ваших видеокарт суммируется. Теперь multi GPU системы имеют раздельный буфер, где доступна вся память видеоадаптера, а не общий, как раньше.
DirectX 12 и встраиваемые low-end GPU
Улучшение производительности, как и сам DirectX 12, будет доступно не только на суперсовременных игровых станциях, но и для относительно слабых встраиваемых решений. По тестам, проведенным на Surface Pro 3 с процессором Core i5, имеющим встроенное видео ядро Intel HD Graphics 4400, производительность увеличилась на 50%. Все благодаря более рациональному использованию GPU.
Использование всего потенциала eSRAM (только Xbox One)
eSRAM – особая высокоскоростная память, используемая в GPU Xbox One. Ранее использовалось специальное API для управления, но сейчас, с выходом DirectX 12, всем управляет одно API – DirectX. Данное улучшение обещает увеличение быстродействия памяти и более рациональное ее использование. Вероятно это поможет сократить, а может и вовсе избавиться, от отставания от PS4.
Обратная совместимость с DirectX 11 видеокартами
Большинство современных видеокарт, которые поддерживают DirectX 11, полностью совместимы с DirectX 12. Но, к сожалению, далеко не все смогут использовать все нововведения в новом API.
Моя видеокарта поддерживает DirectX 12?
Список видеокарт с поддержкой DirectX 12 API:
*В этом списке предоставлены видеокарты, поддерживающие DirectX 12 API, но далеко не все из них поддерживают DirectX 12_0 и DirectX 12_1.
DirectX 12_0
Только GPU или архитектуры, специально разработанные для поддержки DirectX 12, будут поддерживать уровень функций DirectX 12_0, который содержит ряд новых технологий. Среди них – тайловые ресурсы Tiled Resources. В принципе, тайловые ресурсы известны ещё по DirectX 11, они отличаются высокой эффективностью по используемой памяти, а также могут значительно улучшить уровень детализации. С помощью мелких текстур в многократных ориентациях можно симулировать крупные текстуры. Кроме того, существенно экономится память. А качество картинки приносить в жертву не придётся.
В примере приводится классическая текстура Texture 3D под DirectX 11 с разрешением 1.200 x 600 x 600 пикселей с 32-битным цветом – она занимает 1,6 Гбайт. С тем же качеством можно использовать тайловую текстуру Tiled Texture 3D через многократные повторения – она будет иметь разрешение 32 x 32 x 16 пикселей с 32-битным цветом. Размер при этом будет составлять 156 Мбайт. В одном из примеров приведена сцена рендеринга, в которой тайловая 3D-текстура используется 2.500 раз. Для создания и симуляции некоторых материалов в 3D добавляется ещё одно информационное поле. Им может быть, например, значение прозрачности или вязкости. Такой подход позволяет лучше симулировать жидкости и газы.
Ещё один тип тайловых ресрусов – объёмные тайловые ресурсы (Volume Tiles Resources), однако они относятся к уровню функций уже не DirectX 12_0, а 12_1.
К уровню DirectX 12_0 относится Typed UAV и новая модель Bind, которые ориентируют API на большее число ядер CPU, что обеспечивает более широкую параллелизацию и производительность.
DirectX 12_1
Ещё на шаг дальше Microsoft и разработчики GPU пошли с DirectX 12_1. Но данный урвоень функций поддерживают только самые новейшие GPU. К ним относятся все GPU на основе 2-го поколения «Mawell». Одна из новых технологий – консервативная растеризация (Conservative Rasterization). Она используется для фильтра динамического суперразрешения (Dynamic Super Resolution) и сглаживания Multiframe Sampled Anti-Aliasing.
При растеризации небольшого объекта/пикселя в некоторых случаях лучше учитывать все покрытые точки семплирования, пусть даже частично. Также консервативная растеризация важна при вокселизации VXGI. Улучшенная методика наиболее заметна и при расчете теней.
Видео демонстрации DirectX 12:
Заключение
Все выглядит очень многообещающе. Для AMD в частности. AMD славится своими шести и восьми-ядерными процессорами – улучшена поддержка многоядерных процессоров. AMD имеет процессоры с хорошими графическими ядрами (APU) – мощности встроенной и дискеретной графики суммируются. Улучшена поддержка высоких разрешений, в которых даже не самые новые видеокарты от AMD и так хорошо себя чувствуют. Графика от Nvidia или Intel тоже не останется в дураках, все получат прирост производительности. Но на самом деле, больше от этого выиграем мы – игроки.
Остается надеяться, что игры с ужасной оптимизацией будут выходить реже, чем сейчас, а железо не придется апгрейдить так часто. Мечты-мечты 🙂
//Статья не является копипастой. Вся собранная тут информация была получена из общедоступных источников, обработана и описана в этой статье. Весь заимствованный контент имеет под собой ссылку на первоисточник.
DirectX 12 позволит работать в тандеме Radeon и GeForce
Проблема синхронизации нескольких графических карт стоит давно и до сих пор решена лишь частично, по крайней мере, в секторе игровых решений. Профессиональные используют сложные и дорогие системы с функцией genlock, но они обеспечивают не столь хорошую масштабируемость, как технологии AMD CrossFireX и NVIDIA SLI. Ещё сложнее подружить карты разных производителей, хотя и такие попытки предпринимались — достаточно вспомнить технологию HYDRA Engine, разработанную в стенах Lucid Logix. Все они были неудачны: стабильность и совместимость такой системы оказались неудовлетворительными. Мы знаем, что новая версия DirectX под номером 12 будет гораздо более низкоуровневой, поскольку концепция высокоуровневых API, похоже, достигла потолка своих возможностей и не может более развиваться эффективно.
DirectX 12 обещает приятно удивить
Одной из наиболее интересных возможностей DirectX 12, доступных по причине «близости к железу», является Explicit Asynchronous Multi-GPU (прямая асинхронная многопроцессорная графическая система). Новый API Microsoft умеет распоряжаться ресурсами графических адаптеров куда более эффективно, в том числе и в плане объединения их в единый пул. А как черпать из этого пула — остаётся решать разработчикам игр. И уже известно, что объем видеопамяти на нескольких видеокартах в системе больше не будет дублироваться. Это позволит отказаться от использования AFR (alternate frame rendering), главным недостатком которой является высокий уровень задержек (порядка 4–5 кадров отставания от действий пользователя), и перейти на более эффективные методы разделения нагрузки между графическими процессорами, такие как SFR (split frame rendering). Но самое интересное сообщают источники, которые наши зарубежные коллеги с Tom’s Hardware называют «надёжными».
Не самая удачная попытка создания универсального multi-GPU
Речь идёт ни много ни мало о возможности объединения в единую графическую подсистему графических карт разных производителей! То, на что замахнулась и не смогла осилить Lucid Logix с помощью специального коммутатора, похоже, удалось Microsoft с чисто программным подходом к созданию нового API. Причём в режиме, когда Radeon и GeForce могут работать не просто вместе, а и вовсе над обсчётом одного кадра. Это впечатляет. И открывает немало интересных перспектив, особенно в плане совместного использования технологий, ранее доступных только одному из двух лагерей, — «зелёным» либо «красным». Так, предположительно, в связке с DirectX 12 можно будет использовать NVIDIA GeForce Experience и 3D Vision совместно с AMD True Audio и FreeSync. Скорее всего, при этом одна карта будет работать в режиме ведущей, а вторая — ведомой.
Не будет более нужды враждовать
Также возможно будет более эффективное совместное использование ресурсов APU и GPU, а также улучшится работа мобильных устройств с двумя графическими процессорами — интегрированным и дискретным. Единственная сложность здесь — это серьёзный объём работы, который потребуется от разработчиков игр и программного обеспечения, хотя DirectX 12 будет к ним куда более дружественен, нежели старые версии API. В перспективе технология Explicit Asynchronous Multi-GPU может перевести SLI и CrossFireX в разряд устаревших технологий и полностью вытеснить их с рынка. Пока известно не так много деталей, но многое, судя по всему, будет раскрыто на конференции Game Developer Conference, которая пройдёт со 2 по 6 марта в центре Москоне, Сан-Франциско, штат Калифорния, США.
DirectX 12 Multi-GPU Explicit Multi-Adapter (AMD и NVIDIA под DirectX 12 в смешанном режиме)
На данный момент обсуждения идут, в основном, вокруг низкоуровневых тестов DirectX 12, поскольку меньшая избыточная вычислительная нагрузка обещает прирост производительности. Новый API позволяет использовать видеокарты AMD и NVIDIA одновременно, теоретически складывая их ресурсы производительности.
DirectX 12 Multi-GPU Explicit Multi-Adapter или Multi Display Adapter – такими терминами сегодня описывается взаимодействие разных GPU. Технология стала возможной благодаря доступу к API на более глубоком уровне. Теперь разработчики получают более эффективные средства управления памятью и многими другими компонентами «железа». Работа систем multi-GPU под DirectX 11 была полностью в руках разработчиков драйверов. Под DirectX 12 «власть» перешла к разработчикам игр. Издание Anandtech провело первые тесты Multi-GPU Explicit Multi-Adapter. Для теста издание получило специальный билд игры Ashes of Singularity от Oxides Games.
Технология Multi-GPU
Но сначала позвольте сказать пару слов о технологии multi-GPU: появление интерфейса PCI Express для взаимодействия видеокарты и остальной системы привел к тому, что AMD и NVIDIA смогли использовать технологию AFR (Alternate Frame Rendering) для простой поддержки multi-GPU. AFR подразумевает поочередное вычисление кадров на каждом GPU. Вносить какие-либо изменения в игру или игровой движок при этом не требуется. Разработчикам AMD и NVIDIA достаточно внести в драйверы соответствующую поддержку, чтобы отличия по времени вывода отдельных кадров не приводили к появлению артефактов. AMD представила технологию сглаживания кадров Frame Pacing, NVIDIA тоже ответила собственной аппаратно-программной технологией. Кроме того, синхронизация частоты кадров между GPU и панелью дисплея в виде FreeSync и G-Sync позволяет минимизировать появление артефактов.
Но выбор аппаратной платформы оставался ограниченным. NVIDIA позволяла взаимодействие только идентичных моделей видеокарт, AMD предоставила большую гибкость, по крайней мере, использование видеокарт на одном GPU (например, Radeon R9 290 и Radeon R9 290X). Конечно, тому есть причина – видеокарты разного уровня производительности не могут в AFR рассчитывать кадры за сравнимое время. Решение может заключаться в технологии SFR (Spit Frame Rendering), но она так и не стала популярной. О SFR мы поговорим чуть позже.
Впрочем, уже совершались попытки объединить видеокарты разных производителей без использования официальных режимов SLI и Crossfire. В 2010 году LucidLogix представила технологию Hydra. С помощью дополнительного чипа и программного обеспечения технология распределяла вызовы DirectX и OpenGL между совместимыми видеокартами. Но при этом имелись весьма серьезные ограничения по аппаратной базе и по программной поддержке. Все это привело к тому, что технология Hydra так и не смогла набрать популярность, уйдя в небытие.
DirectX 12 и Multi-Adapter
С появлением DirectX 12 Microsoft представила три режима multi-adapter. В самом простом случае используется упомянутая выше технология AFR с видеокартами одного производителя AMD или NVIDIA. Но данный режим ограничивает возможности игровых разработчиков, но вместе с тем уменьшает вероятность потенциального возникновения ошибки из-за глубокого доступа к «железу». Большая часть работы для поддержки выполняется в драйвере, а не под DirectX 12.
DirectX 12 обеспечивает более глубокий доступ к «железу» даже в системах multi-GPU. Для этого Microsoft представила режим Explicit Multi-Adapter (EMA). В нем игровые разработчики явно задают параметры поддержки multi-GPU. Для каждого одиночного GPU определяется доступ к памяти, описывается взаимодействие GPU между собой – и вся эта поддержка должна быть запрограммирована заранее. Ответственность за работу связки видеокарт теперь полностью лежит в руках разработчиков, что привносит определенные риски. Дополнительные усилия разработчиков не стоит недооценивать, а ошибки должен будет исправлять разработчик, а не Microsoft, AMD или NVIDIA.
В режиме EMA возможны два разных режима: Linked Mode и Unlinked Mode. В режиме Unlinked Mode обеспечивается базовая функциональность EMA, в режиме Linked Mode функциональность расширяется, но ограничения по используемому в комбинации «железу» становятся более строгими. Например, можно использовать только системы SLI и CrossFire под DirectX 12. В режиме Unlinked Mode вы можете комбинировать разные видеокарты, в том числе и от разных производителей. Возможна комбинация дискретного и интегрированного GPU.
В режиме Unlinked Mode каждый графический процессор считается самостоятельной аппаратной единицей, со своей памятью, командным процессором и т.д. EMA под DirectX 12 позволяет обмениваться данными между аппаратными единицами, причем на глубоком уровне, а не просто готовыми кадрами. Можно обмениваться частично просчитанными кадрами или данными в буферах, что позволяет выйти на новые уровни совместного рендеринга на нескольких GPU. На первый взгляд все звучит просто, стал возможен обмен данными, что открывает доступ к алгоритмам, ранее недоступным. Но на практике все сложнее. Данные придется передавать по интерфейсу PCI Express, что намного медленнее связи между GPU и локальной видеопамятью, да и задержки довольно большие. Так что разработчикам следует определить, какие данные имеет смысл передавать между GPU, чтобы интерфейс PCI Express не стал «узким местом». Также следует определиться, в каком виде передавать данные. У разных производителей и даже разных поколений GPU зачастую используются разные форматы данных, которые не всегда просто перевести из одного в другой. Придется прилагать дополнительные усилия, необходимые для реализации EMA в Unlinked Mode. Впрочем, фокусом Unlinked Mode в EMA является все же совместная работа дискретных и интегрированных GPU, но и здесь могут использоваться GPU разных производителей.
Режим Linked Mode можно рассматривать как форму SLI или Crossfire под DirectX 12, аппаратные ресурсы в Linked Mode комбинируются в своего рода «видеокарту». Пользователь и игровой движок «видят» только один GPU и память. Аппаратные ресурсы здесь будут использоваться более тесно и глубоко, что открывает больше возможностей, но при этом накладываются дополнительные ограничения на «железо». Самый большой потенциал производительности можно будет раскрыть через Linked Mode, а самый большой уровень гибкости – через Unlinked Mode. Если разработчики хотят приложить минимальные усилия, и им достаточно базовой функциональности системы multi-GPU, то достаточно поддержать простой вариант EMA, доверившись квалификации разработчиков драйверов AMD и NVIDIA. Но поскольку только разработчики игры в полной мере владеют всеми нюансами своего продукта, то поддержка Linked и Unlinked Mode тоже весьма желательна.
EMA в Ashes of Singularity
Oxides Games и Ashes of Singularity на прошлой неделе открыли ранний доступ Steam к своей игре. Стратегия реального времени должна выйти в 2016 году. Она станет первой игрой данного жанра с поддержкой DirectX 12, а разработчики Oxides Games первыми постарались полностью задействовать возможности DirectX 12. AMD и Microsoft в сотрудничестве со студией разработчиков смогли построить технологическую демонстрацию на основе игры. Для демонстрации EMA разработчики Oxides Games использовали технологию AFR. Они управляли распределением кадров по отдельным GPU – ранее эту работу выполнял драйвер. Также разработчикам пришлось самостоятельно решать вопрос передачи кадров от дополнительных GPU на основной, а также реализовывать сглаживание частоты кадров (Frame Pacing). Технология AFR лучше всего работает при использовании идентичных видеокарт, поскольку они справляются с расчетом кадров за близкое время. В любом случае, данная реализация идет дальше, чем привычные варианты AMD и NVIDIA. Вы можете комбинировать разные GPU от разных производителей, что позволяет одновременно работать, например, GeForce GTX Titan X с GeForce GTX 980 Ti. Но для работы все видеокарты должны поддерживать DirectX 12. И наши коллеги Anandtech провели многочисленные тесты.
Игра Ashes of Singularity по-прежнему находится в альфа-состоянии. И поддержка Unlinked Mode EMA является экспериментальной. Можно использовать только определенную комбинацию драйверов AMD и NVIDIA, но результаты оказались намного лучше, чем можно было ожидать. Oxides Games сначала будет улучшать Unlinked Mode, после чего перейдет к поддержке Linked Mode. Здесь ожидается прирост производительности в диапазоне 5-10%.
Ниже приведены результаты первых тестов:
Пару слов о результатах. Прирост производительности пары Radeon R9 X Fury и Radeon R9 Fury оказался весьма впечатляющим, то же самое можно сказать о смешанном режиме Radeon R9 Fury X и GeForce GTX 980 Ti. Выбор других основных видеокарт дает уже меньшую разницу. От Unlinked Mode могут выиграть даже старые видеокарты.
В BUILD 2015 Microsoft уже представила функционирующий режим Unlinked Mode в теории, но появление независимых тестов можно назвать хорошим признаком, указывающим на текущее состояние разработки. Но все же пока еще можно говорить только о раннем состоянии перехода с DirectX 11 на DirectX 12. Пройдет несколько месяцев, прежде чем на рынке начнут появляться игры. А до поддержки DirectX 12 всеми разработчиками пройдут годы. То же самое касается реализации всех сопредельных технологий. Большинство разработчиков наверняка довольно быстро воспользуются преимуществом производительности благодаря уменьшению избыточной нагрузки. Но до повсеместной реализации EMA, режимов Unlinked и Linked Mode пройдет намного больше времени. Геймерам пока только остается ждать соответствующей поддержки со стороны разработчиков.