Быстрая загрузка и плавная навигация в играх давно являются целью разработчиков, но даже с учётом скорости современных SSD она пока остаётся недостижимой. Технология NVIDIA RTX IO, анонсированная в 2020 году, обеспечивает быструю загрузку и распаковку игровых ресурсов при помощи GPU, значительно повышая производительность ввода-вывода и снижая загрузку CPU, что позволит разработчикам создавать игры нового поколения с огромными, высоко детализированными мирами.

Источник изображений: NVIDIA

Традиционно данные с накопителя распаковываются при помощи центрального процессора в системную память, а затем отправляются на графический процессор. Эта система использует лишь часть возможностей скоростных твердотельных NVMe-накопителей c PCIe 4.0 и PCIe 5.0, что приводит к видимым задержкам при загрузке современных ресурсоёмких игр. Свежие игровые движки превзошли возможности традиционных API-интерфейсов хранения данных — требуется новое поколение архитектуры ввода-вывода.

NVIDIA RTX IO значительно увеличивает пропускную способность ввода-вывода, распаковывая сжатые данные непосредственно в память графического процессора с минимальным использованием ЦП. В результате количество задержек и зависаний сводится к минимуму, даже при использовании текстур высокого разрешения. Кроме того, благодаря сжатию без потерь, уменьшаются размеры загружаемых и установленных игр, что экономит место и ресурс твердотельных накопителей, а также повышает их производительность.

NVIDIA RTX IO основан на открытом стандарте сжатия при помощи графического процессора GDeflate, разработанном NVIDIA. Это позволяет каждому независимому поставщику оборудования добавлять поддержку технологии в свои драйверы, а разработчикам — внедрять её на нескольких платформах. Этот метод используется в Microsoft DirectStorage и в последних расширениях кроссплатформенных инструментов для работы с 2D- и 3D-графикой Vulkan.

Хотя RTX IO работает на всех современных графических процессорах NVIDIA с поддержкой DirectX 12, его производительность напрямую связана с возможностью распараллеливания задачи, а значит, с количеством ядер GPU. Время загрузки будет минимальным при использовании наиболее мощных графических процессоров и скоростных твердотельных накопителей.

В игре Portal: Prelude RTX функция NVIDIA RTX IO всегда включена. Её использование с помощью расширений Vulkan позволило снизить размер установки Portal: Prelude RTX на 44 % и увеличить скорость загрузки в пять раз.

В игре Ratchet & Clank: Rift Apart, выходящей 26 июля, Microsoft DirectStorage при помощи ускорения NVIDIA RTX IO используется для быстрой загрузки высококачественных текстур с высоким уровнем детализации при переходе между локациями.

В ближайшем будущем следует ожидать поголовного использования функции NVIDIA RTX IO во всех готовящихся к выходу играх.

Microsoft выпустила крупное обновление DirectStorage — API, позволяющего сократить время загрузки игр. Новый DirectStorage 1.2 обзавёлся поддержкой жёстких дисков, о которой Microsoft просили разработчики.

Источник изображения: Bram Van Oost / unsplash.com

Чтение данных с жёстких дисков производится через буферизацию — это позволяет компенсировать относительно продолжительное время поиска данных, тогда как DirectStorage обращался к файлам, минуя этот механизм, из-за чего HDD не подходили для предыдущих версий интерфейса.

Однако в новой версии разработчики добавили в DirectStorage поддержку HDD, благодаря чему графические процессоры получили возможность запрашивать данные у жёстких дисков напрямую, а сжатые игровые ресурсы теперь распаковываются на лету средствами GPU. Разработчики игр теперь также могут получать у ПК обратную связь и выяснять, что используется при распаковке ресурсов: центральный или графический процессор — это позволяет не допускать снижения производительности при использовании несовместимых алгоритмов сжатия.

С каждым крупным обновлением требования к оборудованию ослаблялись. Первоначально из накопителей поддерживались только NVMe, затем к ним добавились AHCI (SATA), теперь же настал черёд жёстких дисков.

Фэнтезийный ролевой экшен с открытым миром Forspoken от Square Enix стал первой игрой, получившей поддержку технологии Microsoft DirectStorage, которая значительно ускоряет загрузку игровых уровней при использовании твердотельных накопителей. YouTube-канал Compusemble провёл сравнение скорости работы в играх у SSD разных поколений в игре при использовании DirectStorage 1.1 — результаты получились интересными.

Источник изображения: Microsoft

Игры обычно сжимают игровые ресурсы для уменьшения занимаемого места на диске, а при запуске или загрузке уровней эти ресурсы распаковываются центральным процессором (CPU), и только потом попадают на видеокарту, что приводит к увеличению времени загрузки. Технология DirectStorage перекладывает операции по распаковке и загрузке игровых ресурсов сразу на видеокарту, снимая нагрузку с CPU и сокращая время загрузки игрового уровня.

Ниже приведены результаты тестирования технологии Microsoft DirectStorage 1.1 на трёх моделях SSD, относящихся к разным поколениям. В исследовании приняли участие накопители Adata XPG SX8200 Pro с интерфейсом PCIe 3.0, новый Samsung 990 Pro с PCIe 4.0 и неназванный SSD с PCIe 5.0 и передовым контроллером Phison E26.

Источник изображения: YouTube / Compusemble

Общее время загрузки семи игровых сцен/уровней Forspoken при использовании накопителя Adata XPG SX8200 Pro (PCIe 3.0) составило 13,838 секунды. Модель Samsung 990 Pro (PCIe 4.0) справилась с загрузками за 10,872 секунды, а SSD нового стандарта PCIe 5.0 продемонстрировал результат в 10,483 секунды. Таким образом, разница во времени загрузки между самым старым и самым новым поколениями SSD при использовании DirectStorage 1.1 составила всего три секунды.

Формально накопитель PCIe 3.0 оказался на 32 % медленнее модели PCIe 5.0. Однако в реальности для пользователя разница в быстродействии в загруженных сцен оказалась незаметной. И это несмотря на то, что SSD PCIe 5.0 обладают в четыре раза более высоким показателем пропускной способности по сравнению с PCIe 3.0. Иными словами, технология DirectStorage не только работает, но и уменьшает грань между различными поколениями SSD. Правда, только лишь в играх.

В прошлом году Microsoft выпустила технологию DirectStorage, которая позволяет видеокарте обращаться напрямую к накопителю при минимиальном участии центрального процессора. Это существенно ускоряет загрузку игр, но, как выяснили авторы немецкого портала PC Games Hardware, может вызывать снижение производительности на значение до 10 %.

Источник изображения: nvidia.com

На днях эффективность DirectStorage при загрузке была продемонстрирована на примере игры Forspoken — фактическая эффективность в каждом случае зависит от конфигурации машины, но результат очевиден. Однако на ресурсе PC Games Hardware решили оценить влияние DirectStorage на частоту кадров в проекте Square Enix, который первым получил поддержку этого решения. Для тестирования использовали систему с процессором Intel Core i9-12900K и видеокартой NVIDIA GeForce RTX 4090, а игру запустили в разрешении 4K. Для чистоты эксперимента испробовали один SSD с SATA и два — формата M.2, хотя модели не уточняются.

Источник изображения: tomshardware.com

Самой высокой частоты кадров удалось добиться с SATA-накопителем, а подключение M.2 привело к падению показателя на 10 %. Снижения производительности GPU при включении DirectStorage, возможно, и следовало ожидать, хотя трудно сказать, какие факторы оказали на этот эффект наибольшее влияние. К примеру, тестирование проводилось в разрешении 4K, и не исключено, что опыты в 1080p или 1440p показали бы более заметные расхождения. Следует учесть и фактор видеокарты: NVIDIA GeForce RTX 4090 обладает очень высокой производительностью — любопытно было бы взглянуть на результаты с более скромными моделями, а также с моделями от AMD и Intel.

В прошлом месяце Microsoft анонсировала технологию DirectStorage версии 1.1, которая позволит видеокарте практически напрямую получать данные с твердотельного накопителя для ускорения загрузки игровых миров. Теперь же технология стала доступна разработчикам, которые смогут реализовать поддержку GPU-декомпрессии в своих продуктах. По заявлениям Microsoft, DirectStorage 1.1 ускорит загрузку игр на величину до 40 %, в зависимости от конкретных игр и конфигураций ПК.

источник изображения: NVIDIA

Работа DirectStorage будет зависеть от ряда факторов. Чтобы воспользоваться технологией пользователям потребуется достаточно современное оборудование, включая графические процессоры с поддержкой DirectX 12 и Shader Model 6.0, а также скоростной твердотельный накопитель, например, один из актуальных SSD стандарта NVMe.

Во время анонса DirectStorage 1.1 Microsoft показала снимок экрана, демонстрирующий повышение скорости декомпрессии данных. В данном случае время распаковки сократилось с 2,36 до 0,8 секунды, а нагрузка на центральный процессор снизилась со 100 до 15,08 %.

Отмечается, что для принятия этого API уже готовы некоторые оптимизированные драйверы. В своём блоге Microsoft привела ссылки на страницы поддержки основных партнёров по аппаратному обеспечению, таких как AMD, Intel и NVIDIA. За счёт этого пользователи могут узнать больше о том, как каждый из производителей аппаратных решений работает над интеграцией поддержки DirectStorage 1.1.

Источник изображения: Microsoft

В AMD отметили, что DirectStorage является функцией, которую должны использовать разработчики игр для реализации очевидных преимуществ. При этом в сообщении компании не сказано, реализована ли поддержка новой технологии в поставляемых ею драйверах или же это произойдёт позднее. В сообщении NVIDIA сказано, что в драйвере Game Ready Driver версии 526.47 реализована поддержка формата сжатия GDeflate, а также отмечены явные преимущества GPU-декомпрессии при загрузке игр. По данным Intel, в драйвере Arc 101.3793 включена оптимизация DirectStorage 1.1 для архитектуры Intel Xe в системах с накопителями NVMe. В тестовом сценарии в системе с процессором Core i9-12900K, графикой Arc A770 с 16 Гбайт памяти скорость загрузки выросла почти в 3 раза.

Microsoft в обозримом будущем собирается выпустить технологию DirectStorage версии 1.1. Если кратко, DirectStorage позволяет видеокарте практически напрямую получать данные с SSD, ускоряя загрузку игровых миров. Изначально технология нашла применение к игровых консолях Xbox Series S и Series X.

Источник изображения: Microsoft

DirectStorage 1.0 дебютировала в марте этого года и подробнее о ней можно почитать здесь. Отметим лишь, что в DirectStorage 1.0 не была реализована одна из важных особенностей. Первая версия лишь ускорила загрузку игр на и без того быстрых NVMe-накопителях. При этом в рамках конвейера DirectStorage 1.0 данные по-прежнему сначала отправляются на центральный процессор для распаковки, а уже потом передаются на память GPU.

Microsoft в обозримом будущем собирается выпустить новую версию DirectStorage 1.1, в которой указанная выше особенность исключается и распаковкой данных будет заниматься непосредственно сама видеокарта. Это должно существенно повысить скорость распаковки данных, поскольку GPU лучше оптимизирован для выполнения параллельных вычислений. Кроме того, сократится время передачи данных от графического процессора к памяти видеокарты.

Компания предоставила пример (изображение ниже), демонстрирующий улучшение в скорости декомпрессии данных. В этом случае не только сократилось время распаковки с 2,36 до 0,8 секунды, но также и снизилась нагрузка на центральный процессор — со 100 до 15,08 %.

Источник изображения: Microsoft

Microsoft говорит, что DirectStorage 1.1 будет работать на всех графических ускорителях, поддерживающих Shader Model 6.0. Однако наиболее эффективные результаты будут заметны на видеокартах, поддерживающих графический API DirectX12 Ultimate. Производитель также заявляет о совместимости DirectStorage 1.1 с операционными системами Windows 10 и Windows 11, но в новой ОС лучше оптимизирован процесс ввода-вывода данных.

Компания добавила, что в ближайшее время станет доступен SDK DirectStorage 1.1 для игровых разработчиков. Однако более точной даты его появления Microsoft не указала. Таким образом, первых игр с поддержкой DirectStorage 1.1 придётся некоторое время подождать.