Snabbtest: Battlefield 1 Beta i DirectX 11 och DirectX 12

Det jag skrev ovan ser nog rätt kritiskt ut mot DX12, det var inte avsikten.

Råder inget tvivel om att DX11 (och än mer OpenGL) behöver bytas ut mot något modernare. Dessa är designade kring en abstraktion som var lämplig för hur grafikkretsar var designade för kanske tio år sedan, en abstraktion som inte passar dagens GPUer speciellt väl.

På hög nivå är abstraktionen i DX12, Vulkan och Apples Metal riktigt bra. Det DX12 kallar "multi-engine" saknas i princip helt i DX11 men det är precis så dagens GPUer i grunden ser ut.

Man får tänka på att DX12/Vulkan är typiska 1.0 version, de bryter ny mark och på lång sikt kommer det bli en förbättring. På kort sikt finns det alltid missar i 1.0, i fallet DX12/Vulkan tror jag man skalade av lite väl mycket logik från drivers för att hamna hos användaren.

Rätt säker att framtida versioner av DX12/Vulkan åter kommer stoppa in minneshanteringen i drivers, eller i alla fall ha det som en val. Tittar man på dagens DX12 titlar så fungerar flera inte alls med 2 GB VRAM, trots att samma titel fungerar utmärkt med DX11 med den mängden minne (förutsatt att man kör med rimliga inställningar för ett sådant kort).

Tester av 3 GB versionen av 1060 pekar på samma sak, med inställningar där man håller sig i närheten av 60 FPS är 3 GB överhuvudtaget inte ett problem i DX11. I de fall det finns problem handlar det endera om inställningar där man knappt når 30 FPS samt några fall med DX12 (där åter igen det fungerar bra med DX11).

Nätverksteknik har haft en liknande resa som vi ser för GPUer. För 6-8 år sedan konstaterades det att dåtidens OS inte var kapabla att hantera den last man nå med en eller flera 10 GBit/s portar, i värsta fall ska systemet hinna med ~14 miljoner paket per sekund och port. Dåtidens OS kunde inte hantera lasten och kunde inte heller sprida ut det över flera CPU-kärnor på ett effektivt sätt, det gick absolut att sprida ut över kärnor då det är serverlaster men skalningen var inte nära linjär.

Med tekniker som DPDK och senare även OpenDataPlane kunde man visa upp till en faktor tio bättre kapacitet för rena nätverksapplikationer.

Men även tidigt var det vissa applikationer som inte alls såg någon vinst, trots att man bevisligen ökat nätverkskapaciteten enormt. Här visade det sig att man inte riktigt sett hela bilden, många applikationer hade ju andra flaskhalsar som var långt större! Tror det är precis det vi ser i spel idag, för precis som för nätverk så visar t.ex. 3DMarks "API overhead" tester att DX12/Vulkan är även de runt en faktor tio snabbare om man bara vräker på med "draw-calls".

En konsekvens av att man kunde uppvisa 10:1 prestanda i vissa lägen fick folk att ställa sig frågan: vad är det som är flaskhalsen när man jobbar med nätverksfunktioner på "vanligt" sätt? I Linux hittade man fler designval som orsakade detta, i de flesta fall har man idag lurat ut sätt att komma runt det. Resultatet är att det går att skriva helt traditionella applikationer med de traditionella APIerna (som är betydligt lättare att jobba med jämfört med de extremt låg-nivå APIer som DPDK/ODP har) som typiskt hamnar inom en faktor två från låg-nivå versionerna i fallet där det inte finns någon annan flaskhals än just kostnaden för att läsa/skriva data till/från nätverket.

Rätt säker att det blir en liknande utveckling för grafik-APIerna. Om några år kommer det finnas något som är mer högnivå än DX12/Vulkan fast med i princip alla fördelar. Idag har DX12/Vulkan samma problem som DPDK/ODP, visst går det snabbt när man gör helt rätt. Men det är svårt, kräver enorm kunskap om både programmering och än mer om hur maskinvaran är designad. Det är kunskap väldigt få har och även de som har den kommer spendera rätt mycket tid innan resultatet blir bra, d.v.s. det är DYRT (något som redan påpekats flera gånger i denna tråd).

Skulle säga att de flesta kommentarerna kring DX12 i denna tråd är väldigt balanserad. De klagar inte specifikt på DX12 i BF:One utan man lyften faktiskt blicken och ser att ingen titel kan uppvisa någon relevant vinst från DX11, i alla fall inte för Nvidia och Polaris 10 (där AMD specifikt nämnt att man lyft en del DX11 flaskhalsar i HW jämfört med tidigare GCN-modeller, något som alltså verkar stämma även i verkligheten).

Doom är speciellt då referens är OpenGL, en API som i praktiken inte används för spel och som därför knappast får speciellt mycket kärlek från AMDs och Nvidias driver-team. Klart det blir ett lyft om man starar med något uselt, tyvärr lär vi aldrig få veta hur Doom skulle presterat med DX11 eller DX12.

Jämför man Vulkan och DX12 finns det på ytan överhuvudtaget inget som pekar på att de ena skulle ge bättre prestanda än den andra då de är extremt lika i sin grundläggande design. Om något borde DX12 prestera bättre då det tyvärr (hade själv föredragit Vulkan då det fungerar på alla Windows-version och även på andra OS) med stor sannolikhet kommer bli det dominerande APIet, något AMD/Nvidia vet om och därför rimligen lägger mest resurser på DX12.

Om Vulkan magiskt är bättre, varför syns det då inte i DOTA 2 och Talos Principle? Även Doom är ju en titel som är designad för ett "gammalt" API och där man klistrat på Vulkan-stöd efteråt, så det fungerar inte som förklaring. Då känns förklaringen att de andra två har DX11 som referens, DX11-stödet är långt mer putsade än OpenGL-stödet för konsument-GPUer.

En förutsättning för att DX12 överhuvudtaget ska vara möjligt är WDDM 2.0. Arbetet med att designa WDDM 2.0 var i full gång redan i mitten av 2012, d.v.s. innan Mantle överhuvudtaget påbörjats.

Vad det gäller tekniker som är grundstenar i DX12, Vulkan och Metal (som faktiskt var först med en officiellt lansering av ett low-level API) så hade dessa redan demonstrerats långt tidigare. Nvidia pushade t.ex. för modellen kring hur resurser ska effektivt associeras med aktuellt renderingstillstånd (en modell som alla low-level APIer idag använder), detta demonstrerades redan 2009 i form av OpenGL utökningar.

Modellen DX12/Vulkan använder för att "spela in" en rad grafikkommandon i en minnesbuffert, något som kan göras från vilken tråd som helst och som är grundbulten i skalning över CPU-kärnor, introducerades redan i DX11. Precis som alla 1.0 av något var inte det man gjorde i DX11 fritt från grodor, dessa tror man sig nu fixat i DX12/Vulkan, men det är i grunden exakt samma idé som i DX11.

När DX12 offentliggjordes på Build 2014 ställde sig flera frågande till varför AMD överhuvudtaget lagt resurser på Mantle då AMD, precis som Nvidia och Intel, jobbat ihop med Microsoft på DX12 under flera år (precis som man gjort med alla DX-version). GPU-tillverkarna är även med när Microsoft tar fram WDDM, så AMD måste ha känt till DX12 väldigt långt innan man startade Mantle.

Både Nvidia och AMD satsade ju stenhårt på GPGPU (Fermi och GCN), en teknik som allt mer används på konsoler men som aldrig tagit fart på PC. Skillnaden är väldigt mycket CPU, den är flaskhals för konsoler vilket gör värdet av GPGPU enormt. CPU-delen är överhuvudtaget inte flaskhals på PC, att då flytta mer jobb till GPU-delen skulle ju ge lägre total prestanda i de flesta lägen (finns några få nischområden där GPGPU även är vettig på PC).

Min gissning är att AMD förväntade sig en betydligt större vinst från Mantle än vad som blev fallet. Man fick nog också panik av att GCN är ineffektiv jämfört med Nvidias kretsar i DX11 (behövs väldigt mycket fler transistorer och effekt för likvärdig spelprestanda), man kunde inte heller utnyttja saker i GCN i GPGPU då det aldrig tog fart. Nvidia insåg relativt snabbt att GPGPU inte kommer ta fart, i Kepler skalade man bort väldigt mycket från Fermi som bara var vettigt för GPGPU.

Missen AMD antagligen gjorde var att titta på konsolerna (som haft detta sedan 360 och i någon mån även PS3), sett hur stor vinsten är där och sedan extrapolerat det till PC utan att tänka på de skillnader som ändå finns i fördelning mellan CPU kontra GPU-kraft och skillnader i kommunikationslatens mellan CPU och GPU (gemensamt minne vs. separerade av PCIe).

Så Mantles påverkan på designen och tidsplaneringen av DX12 lär varit minimal. Däremot lär Mantle betytt enormt mycket för Vulkan, framförallt lär Mantles existens accelererat 1.0 releasen av Vulkan rätt mycket. Man startade ju jobbet med Vulkan rätt långt efter Microsoft startade jobbet med DX12.

Intressant. Be din kompis att skriva in Render.drawscreeninfo 1 i konsolen och sedan skicka in en screenshot till oss.
Han får gärna avslöja hur han lyckades aktivera Vulkan.