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GDC: Wave programming pour booster les perfs
Cartes Graphiques
Publié le Mardi 28 Février 2017 par Damien Triolet

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Comme chaque année, la journée d'ouverture de la GDC est l'occasion pour AMD et Nvidia de s'associer pour parler des nouvelles API et aider les développeurs à mieux les exploiter. Premier sujet du jour : le wave programming qui sera introduit prochainement sous DirectX 12 et Vulkan pour permettre de nouvelles optimisations des performances.

Les nouvelles API telles que Direct3D 12 ou DirectX 12 et Vulkan permettent d'optimiser les performances à différents niveaux. Elles ont été introduites avec des promesses au niveau d'une baisse drastique du surcoût CPU lié au rendu 3D mais également avec des opportunités de gains de performances côté GPU via l'exécution concomitante de certaines tâches ("async compute"). Une nouvelle possibilité d'optimisation au niveau du GPU va bientôt être standardisée : le wave programming.

Qu'est-ce que c'est ? Fondamentalement il s'agit d'exposer le comportement vectoriel des GPU de manière à permettre aux développeurs de mettre en place des optimisations spécifiques. Jusqu'ici, pour ce qui concerne le rendu 3D, les API font une abstraction totale du modèle d'exécution vectoriel des GPU. Un vertex représente un thread, un pixel représente un autre thread et les GPU exécutent cette masse de threads comme ils l'entendent.

Comme vous le savez probablement, les unités de calcul des GPU sont en réalité de larges unités vectorielles ou SIMD qui travaillent par ailleurs sur plusieurs cycles. Du côté des GeForce ce sont des vecteurs de 32 threads (warp) qui sont pris en charge par les unités d'exécution. Du côté des Radeon les GPU GCN travaillent avec des vecteurs de 64 threads (wavefront). Idéalement tous les threads d'un warp/wavefront vont suivre un même chemin prédéfini. Mais ce n'est pas toujours le cas, il peut y avoir des divergences dans les accès mémoires et les shaders.

Exposer ce fonctionnement aux développeurs apporte de nouvelles possibilités d'optimisations au niveau du contrôle des branches, des accès mémoire ou du partage de données entre threads. Cela fait partie des optimisations qui sont accessibles pour le GPU computing et qui sont exploitées par les développeurs sur console. C'est également ce qu'AMD a commencé à mettre en place via des extensions propriétaires et autres backdoors propriétaires pour DirectX 12. AMD y faisait référence jusqu'ici en tant que fonctions intrinsèques.

Pour donner un exemple du wave programming, c'est en grande partie ce qui permet aux Radeon d'obtenir leurs très bonnes performances dans Doom. Sur le GPU GCN de la PS4, le gain est de 43% au niveau de la passe de rendu principale et une technique similaire a pu être portée sur PC. C'est également ce à quoi Nvidia fait appel pour booster les performances de certaines de ses librairies dont Optix.

Un support standardisé au niveau des shaders est en préparation pour Vulkan mais également pour DirectX 12. Microsoft travaille depuis l'an passé sur une mise à jour de son API qui va apporter les Shader Model 6. Ces SM6 seront spécifiques à Direct3D 12 mais seront compatibles avec les GPU déjà existants. Nvidia parle d'un support pour tous ses GPU depuis Kepler et AMD depuis GCN 3.

Le wave programming ne sera cependant pas simple à exploiter de manière optimale, notamment parce que les développeurs devront prévoir directement dans les fonctions de leurs shaders au moins deux cas de figure vu les différences majeures d'architectures entre AMD et Nvidia.

Pas mal d'expérimentations et de tests seront ainsi nécessaires pour s'assurer que ces optimisations apportent réellement un bénéfice sur tous les GPU. Une optimisation de ce type pour GPU AMD sera contreproductive sur GPU Nvidia ou encore pourra poser problème sur un GPU qui serait équipé de moins de registres physiques. Par contre les meilleurs développeurs pourront pousser très loin l'optimisation des shaders et c'est évidemment une bonne nouvelle pour le jeu PC.

Vous pourrez retrouver l'intégralité de la présentation commune d'AMD et Nvidia ci-dessous :

 
 



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