Сравнение производительности видеокарт в DirectX 11, DirectX 12 и Vulkan, часть 2 (слабый CPU)

⇡#Общие результаты: Direct3D 12

• В тех случаях, когда смена API вообще полезна, она оказывается несравненно более эффективной на слабой платформе, нежели на мощном CPU. Direct3D 12 особенно полезен для высокопроизводительных графических карт AMD — Radeon RX Vega 64 и, в еще большей степени, Fury X. Даже в режиме 2160p Direct3D 12 позволяет высвободить резерв частоты смены кадров (вплоть до 17 %), который в Direct3D 11 блокирует тормозящий CPU.
• Кстати, Fury X и на мощной платформе по некой причине выигрывает от перехода к Direct3D 12 больше, чем Vega 64. Выходит, надежды на API нового поколения, о которых так много говорили в эпоху противостояния Fury X и GeForce GTX 980 Ti, все-таки сбылись, пусть и слишком поздно для коммерческого успеха бывшего флагмана «красных».
• Результаты в Direct3D 12 благоприятны и для Radeon R9 390X, особенно при низком разрешении экрана. В случае Radeon RX 580 новый API тоже небесполезен при слабом центральном процессоре, хотя эффект уже намного меньше, чем при более сильном GPU. Видно, что мы правильно сделали, убрав из участников тестирования Radeon RX 560 — в большинстве игр ему будет достаточно и четырехъядерного процессора на частоте 2,5 ГГц даже под управлением Direct3D 11.
• GeForce GTX 1060 продолжает страдать под новой версией Direct3D. Экономия циклов CPU на слабой платформе все-таки чувствуется, но она лишь компенсирует потерю быстродействия из-за архитектурных особенностей Pascal в единственном режиме, 1080p.
• GeForce GTX 1080 Ti — самая мощная видеокарта среди участников тестирования, и, по идее, она наиболее чувствительна к оптимизации нагрузки на CPU. Тем не менее выигрыш в быстродействии за счет смены Direct3D 11 на Direct3D 12 не превышает 2 %, а при высоком разрешении экрана разница даже отрицательная.

1920 × 1080

2560 × 1440

3840 × 2160

Общие результаты: Vulkan

Результаты в Vulkan получены при помощи всего двух игр — Ashes of the Singularity и DOOM. Они обе превосходно оптимизированы под Vulkan, а AotS в дополнение к этому сильно зависит от быстродействия центрального процессора. В обоих тестах преимущество Vulkan перед Direct3D 11 измеряется десятками процентов. Оно особенно выражено на видеокартах AMD при слабом CPU и низком разрешении экрана.

Немалую пользу от Vulkan на слабой платформе получил и GeForce GTX 1080 Ti. В случае GeForce GTX 1060 процессорозависимость (и, соответственно, выигрыш по кадровой частоте в Vulkan на слабой платформе) заметна только при разрешении 1080p. В других режимах Vulkan бесполезен для этой видеокарты вне зависимости от быстродействия CPU.

1920 × 1080

2560 × 1440

3840 × 2160

⇡#Процессорозависимость

Какого процессора достаточно для того, чтобы раскрыть потенциал той или иной видеокарты, — слишком обширный вопрос, для того чтобы дать на него исчерпывающий ответ в рамках данной статьи. Сегодня наша задача состоит в том, чтобы оценить, насколько эффективно различные API используют вычислительные ресурсы процессора с четырьмя ядрами и небольшой тактовой частотой по сравнению с ресурсами мощного восьмиядерного CPU.

На диаграммах ниже показано, как меняется быстродействие под Direct3D 11, Direct3D 12 и Vulkan в зависимости от конфигурации центрального процессора. Для каждого разрешения приведены две диаграммы, на одной из которых сравнивается процессорозависимость в Direct3D 11 и Direct3D 12, а на другой — в Direct3D 11/OpenGL 4.5 и Vulkan. Не обращайте внимания на отрицательные значения в пределах 1 % — это погрешность измерения.

Однако эти данные сами по себе недостаточно информативны. Для полного понимания результатов важно отделить понятие процессорозависимости от масштабирования. Чтобы показать процессорозависимость GPU под конкретным API, достаточно определить такие тактовую частоту и количество ядер, при которых быстродействие игры ограничено только ресурсами GPU и дальнейшее наращивание мощности CPU не приводит к увеличению частоты смены кадров. Чем слабее (и дешевле) нужная конфигурация CPU, тем ниже процессорозависимость, и, соответственно, такой результат оценивается более высоко.

Но ситуацию нельзя трактовать так просто в сравнении различных API. Возьмем в пример GeForce GTX 1060, у которого средняя процессорозависимость игр под Direct3D 12 не превышает 1 %, а под Direct3D 11 она составляет 5 % в режиме 1080p. Значит ли это, что Direct3D 12 в данном случае является лучшим выбором, при котором потенциал этой видеокарты полностью раскрывает слабейшая из двух наших платформ? Нет, ведь под Direct3D 11 с мощным CPU она работает значительно быстрее, чем под Direct3D 12! То есть смена API с Direct3D 11 на Direct3D 12 ограничивает рост быстродействия, который видеокарта могла бы получить за счет высокопроизводительного CPU. Здесь лучше говорить о масштабировании быстродействия под Direct3D 11 (положительном эффекте с практической точки зрения), нежели о процессорозависимости (отрицательном эффекте).

Конечно, нельзя трактовать результат GeForce GTX 1060 полностью в контексте оптимизации нагрузки на центральный процессор. Скорее, это сочетание двух факторов: с одной стороны, Direct3D 12 неэффективно использует ресурсы графического процессора NVIDIA GP106, а с другой — действительно снижает нагрузку на CPU. На слабой тестовой платформе эти тенденции компенсируют друг друга, а на сильной негативный эффект преобладает.

Продолжая разговор о GeForce GTX 1060, отметим, что Vulkan для видеокарты в целом полезен: он снижает процессорозависимость в режиме 1080p, подтягивая быстродействие на слабой платформе до уровня сильной. Посмотрим, что произошло с другими участниками тестирования.

• GeForce GTX 1080 Ti, как самая мощная из современных игровых видеокарт, очень зависит от быстродействия CPU в разрешениях ниже 2160p при любой версии Direct3D. Неудивительно, ведь и между Direct3D 11 и Direct3D 12 разницы для этой видеокарты почти нет на обеих тестовых платформах. Другое дело Vulkan: в низких разрешениях этот API практически устраняет зависимость GTX 1080 Ti от конфигурации центрального процессора.
• Большие чипы AMD чувствуют себя в Direct3D 12 и Vulkan как рыба в воде: процессорозависимость Radeon R9 390X, R9 Fury X и Vega 64 падает при любом разрешении экрана. По обобщенным данным складывается впечатление, что мощный CPU им вовсе не нужен: в ряде случаев вместо апгрейда тестовой платформы достаточно сменить версию API, чтобы добиться такого же роста кадровой частоты! Двойная выгода, ведь и с мощным центральным процессором Direct3D 12 увеличивает FPS красной команды.
• Похожая тенденция наблюдается и в результатах Radeon RX 580, но с поправкой на меньшие масштабы.

1920 × 1080

2560 × 1440

3840 × 2160

⇡#Выводы

Честно говоря, мы не слишком рассчитывали на то, что API нового поколения как-то по-другому себя проявят в тестах на платформе со слабым центральным процессором. В памяти еще живы первые бенчмарки Mantle и испытания процессорозависимости различных видеокарт, когда проблему быстродействия CPU в играх решал любой четырехъядерный процессор Intel. Оказалось, что три года спустя ситуация полностью изменилась. Разница в четыре ядра и 1,5 ГГц тактовой частоты подчас означает десятки процентов кадровой частоты под Direct3D 11.

За счет достижений на слабой платформе новые API полностью реабилитировались в наших глазах. Достаточно сказать, что смена интерфейса с Direct3D 11 или OpenGL на Direct3D 12 или Vulkan способна принести такую же пользу, как апгрейд центрального процессора, — это верно при разрешении экрана вплоть до 1440p, а иногда и при 2160p. Но с огромной оговоркой: это относится только к видеокартам AMD. Несмотря на то, что мы исключили из тестирования ускорители NVIDIA на архитектурах Kepler и Maxwell, даже современные GeForce GTX 1060 и GTX 1080 Ti остались не у дел. Единственная выигрышная комбинация для «зеленых» — GTX 1080 Ti и две игры в режиме Vulkan (Ashes of the Singularity и DOOM).

Эти обстоятельства слабо влияют на расстановку сил между командами AMD и NVIDIA при одном и том же API и на мощной платформе, но, с другой стороны, владельцам «зеленых» видеокарт не откупиться от процессорозависимости столь же малой ценой, как сторонникам AMD.

Однако это еще не последнее слово в сравнении Direct3D 11 и Direct3D 12. В следующий раз мы намерены выяснить, что означает смена API для конфигураций SLI и CrossFireX и насколько пары видеокарт вообще актуальны в современных играх.