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Durant les sessions de la GDC consacrées à Direct3D 12, Microsoft et ses partenaires se sont abstenus de rentrer dans trop de détails concernant le support matériel et logiciel. Nous avons cependant pu nous entretenir avec de nombreux ingénieurs et architectes de Microsoft et ses partenaires, qu'ils soient concepteurs de GPU ou de moteurs graphiques. Si tout le monde préfère éviter une déclaration officielle sur les points délicats, nous avons pu en apprendre un peu plus, notamment au sujet de ce qui devrait se passer pour Windows 7...

Il faut tout d'abord bien comprendre que Microsoft a dévoilé Direct3D 12 bien plus tôt dans son processus de développement qu'à l'accoutumée. Les détails sont ainsi toujours en cours de discussion et pourraient être amenés à évoluer même si tout le monde est d'accord pour nous dire que les points principaux sont fixés.

Pour finaliser les spécifications de son API, Microsoft explique avoir voulu intégrer beaucoup plus de retours de ses partenaires, notamment au niveau logiciel. Ainsi, des débuts de portage de moteurs vers Direct3D 12 ont été entrepris avant la finalisation de ses spécifications, de manière à profiter de cette expérience pour les fixer. Microsoft entend s'assurer d'éviter que de bonnes idées sur le papier deviennent des problèmes en pratique, et surtout, que les développeurs conservent leur préférence pour Direct3D dans le monde PC.

Une API avec un niveau d'abstraction globalement plus bas ouvre de nombreuses portes, donne bien plus de marge de manœuvre aux développeurs en faisant disparaître la plupart des limites actuelles. Sans rentrer dans le détail, Microsoft a cependant indiqué que certaines limites artificielles pourraient être imposées notamment pour éviter que les développeurs ne fassent des choses néfastes pour le rendement énergétique, un point important dans le cadre de l'utilisation de Direct3D 12 dans le monde des tablettes ou dans un futur Windows Phone. Microsoft profite à ce sujet de l'arrivée de Qualcomm dans le premier cercle des partenaires de développement de son API.

Selon plusieurs sources, Direct3D 12 et Direct3D 11 devraient continuer à évoluer en parallèle, tous les développeurs n'étant pas prêts à passer directement à un nouveau type d'API qui leur donne plus de responsabilité. Le niveau de support matériel devrait d'ailleurs être cette fois totalement découplé de la version de l'API. Ainsi il n'est pas impossible de voir de nouveaux niveaux de fonctionnalités pour Direct3D 11 qui s'arrête actuellement au 11_1.

Au niveau du support matériel de Direct3D 12, Microsoft a précisé qu'il était possible dès le niveau de fonctionnalité 9_3. Par contre, pour supporter Direct3D 12, en plus de supporter les fonctionnalités graphiques liées au niveau matériel minimum, l'architecture du GPU devra être capable de certaines choses. Le point principal est l'inclusion d'une MMU (Memory Management Unit) pour virtualiser et protéger la mémoire vidéo/système, ce qui est logique compte tenu de la manière dont fonctionne Direct3D 12. C'est la raison pour laquelle AMD et Nvidia ne peuvent pas proposer un support pour Direct3D 12 qui remonte aussi loin en arrière que leurs GPU de classe 9_3. Par contre dans le monde mobile il existe des GPU 9_3 relativement récents qui incluent une MMU et qui pourront donc supporter Direct3D 12. Rappelons qu'AMD a annoncé un support de la nouvelle API pour tous ses GPU GCN, Nvidia pour tous ses GPU depuis la génération Fermi et Intel pour les CPU Haswell. Dans le cas de Qualcomm, ses GPU récents sont capables du support et il sera proposé au cas par cas suivant les demandes de ses clients. Enfin, la Xbox One supportera Direct3D 12.

Y aura-t-il de nouveaux niveaux de fonctionnalités matérielles ? Bien entendu, Microsoft a d'ailleurs cité quelques exemples dès sa première conférence avec la rastérisation conservative et le blending programmable, mais tout en insistant sur le fait que, dans un premier temps, cela serait secondaire. Le but principal est d'apporter sous Windows une API avec overhead réduit et le plus gros des efforts est concentré sur ce point.

Il pourrait y avoir des niveaux 11_x supplémentaires et des niveaux 12_x, soit directement soit par la suite (Direct3D 12.1…). Il n'est d'ailleurs pas impossible que ces derniers soient rendus disponibles sous Direct3D 11. Les détails à ce niveau sont toujours en cours de finalisation, notamment entre ce qui fera l'objet d'un nouveau niveau ou de "caps". Nvidia indique que ses GPU Maxwell sont capables d'aller au-delà des niveaux de fonctionnalités actuels, sous-entendant qu'ils supporteront un éventuel niveau 12_0. Un point étrange alors même que le niveau 11_1 n'est pas supporté. Nous devrions en savoir plus cet été.

L'autre grande question concerne le support logiciel. Microsoft se contente d'indiquer discrètement dans une slide que les pilotes WDDM 2.0, qui devraient être spécifiques à Windows 9, apporteront des réductions du surcoût CPU de la gestion des commandes de rendu. Ce qui sous-entend que d'autres modèles de pilotes WDDM qui apporteraient moins de réduction pourraient être supportés. D'un autre côté, lors d'une session Direct3D 12 organisée en dernière minute par AMD, Johan Andersson (Frostbite Engine, EA/DICE) a clairement affiché son souhait d'un support de Direct3D 12 sous Windows 7, espérant que Microsoft en saisisse l'intérêt. Officiellement, c'est tout ce qui est ressorti des présentations.

En coulisses, les langues se délient quelque peu. En réalité tout le monde serait convaincu de la nécessité de proposer Direct3D 12 sous Windows 7, et particulièrement l'équipe DirectX de Microsoft qui y voit un bon moyen d'inciter les développeurs à passer rapidement vers la nouvelle API. De quoi également renforcer l'influence de Microsoft et de la plateforme Windows dans le monde du jeu vidéo, notamment par rapport à la menace que représente Steam OS.


Microsoft a déjà pris soin de s'assurer auprès des fabricants de GPU que tout cela était réaliste au niveau des pilotes et que les barrières éventuelles pouvaient être facilement contournées. Le seul frein actuel à l'annonce du support de Windows 7 et à la finalisation de son implémentation serait le management supérieur de Microsoft, qui resterait hésitant par rapport à son premier réflexe de vouloir associer les nouveautés à un nouvel OS. Tout le monde semble cependant convaincu qu'il ne s'agit que d'une question de temps avant que les responsables ne se résolvent à accepter l'évidence.

Selon tous nos interlocuteurs, sauf énorme surprise, le support de Direct3D 12 devrait donc bien être proposé sous Windows 7. Par contre il n'est pas certain que toutes les nouvelles fonctionnalités le soient. Microsoft pourrait ainsi opter pour un compromis de type Direct3D 11 et 12 limités aux niveaux de fonctionnalités 11_x sous Windows 7 avec de futurs niveaux 12_x exclusifs à Windows 9, ce qui serait un moindre mal. Affaire à suivre donc…

Comme prévu Microsoft vient de lever le voile sur sa future API DirectX 12 ou pour être plus précis sur sa composante graphique Direct3D 12. Lors de la première session consacrée au sujet, Microsoft n'est pas rentré dans le détail et s'est contenté de nous donner les grandes lignes de son API. Des grandes lignes qui correspondent à ce qu'AMD propose avec son API propriétaire Mantle.

Direct3D 12 propose un niveau d'abstraction plus bas que les précédents Direct3D, la responsabilité du contrôle du GPU se retrouve alors en partie transférée de l'API et des pilotes vers l'application et les développeurs. Le premier intérêt est de réduire le surcoût CPU de la gestion des états et du rendu 3D en lui-même. L'API et les pilotes ont moins de vérifications à faire, ce qui réduit la pression au niveau du CPU. Par ailleurs, regrouper une grosse partie du contrôle en un seul endroit, l'application, permet d'enfin exploiter le multithreading de manière efficace. Actuellement, le développeur ne sait pas ce que vont faire de ses commandes le pilote et l'API et il lui est donc impossible de prévoir un multithreading efficace.




Plus spécifiquement, Direct3D 12 va tout d'abord réduire le coût des changements d'états à travers des "pipeline state objects", sorte d'empreinte de l'état du GPU pour un type de tâche particulière. De quoi pouvoir préparer les changements d'états en amont et appliquer ces changements en bloc. Ensuite, Direct3D 12 fait appel au concept de "bundles", des groupes de commandes de rendu liés à un objet particulier de la scène qui, une fois préparés, pourront être stockés en cache et réutilisés autant de fois que les développeurs le jugent nécessaire, que ce soit à l'intérieur d'une même image ou dans des images successives. Direct3D 12 supporte également un nouveau modèle de listes de commandes asynchrones pour faciliter le bon support du multithreading, une gestion des ressources plus flexibles, mieux adaptée aux GPU modernes etc.

Tout cela est très proche voire identique à ce que fait AMD avec Mantle. Oxide Games estime d'ailleurs que les performances de son renderer Direct3D 12 seront similaires à celles de son renderer Mantle.


Direct3D 12 apportera également quelques nouvelles fonctionnalités, mais ce n'est pas l'objectif principal. Sans rentrer dans le détail, Microsoft cite par exemple le support du blending programmable, d'un OIT (order independant transparency) efficace ou encore d'une rastérisation conservative.

Microsoft a tenu à donner un exemple de la différence que peut faire Direct3D 12 en se basant sur 3DMark 11, dont le code lui a été fourni par Futuremark :



D3D11 à gauche, D3D12 à droite
Comme attendu, Direct3D 12 permet de réduire drastiquement le temps CPU qui est réduit par 2 sur la partie graphique. Plus important, le thread principal se retrouve nettement allégé au niveau de l'API et des pilotes (UMD et KMD), cette fois d'un facteur 5x. Un tel exemple met en avant la possibilité d'exploiter mieux de "petits" CPU multicores.


L'autre démonstration de Microsoft concernait le portage de Forza Motorsport de l'API D3D11.X de la Xbox One vers D3D12. Celui-ci aurait été très rapide, l'équivalent du temps de travail de 4 ingénieurs sur un mois.

Ensuite, lors de cette première session consacrée à Direct3D 12, Microsoft a tenu à inclure ses partenaires en les invitant tour à tour à prendre la parole et en organisant une improbable photo de famille de tous ces concurrents :


De gauche à droite, Chris Tector (Forza Motorsport, Microsoft), Anuj Gosalia (Microsoft), Eric Mentzer (Intel), Raja Koduri (AMD), Tony Tamasi (Nvidia), Eric Demers (Qualcomm, ex-ATI/AMD).
Tour à tour et par ordre alphabétiques, chacun a expliqué apprécier avoir travaillé en étroite collaboration avec Microsoft et abordé la question du support de cette future API :

AMD :


Du côté d'AMD, qui a évité de prononcer le mot Mantle durant cette présentation, le support concernera tous les GPU depuis la première génération GCN, soit les Radeon HD 7000 (hors renommages), HD 8000, R200 et supérieures.

Intel :

Intel souligne qu'il s'agit de la plus grosse évolution de ces dernières années. Si Intel a largement profité dans le monde PC de l'inefficacité de Direct3D pour justifier l'utilisation de ses CPU les plus performants, une API plus efficace l'intéresse également puisque cela va permettre de libérer ses GPU lorsque l'enveloppe thermique est limitée. Si les cores CPU peuvent se contenter d'une fréquence plus faible, cela laisse plus de marge pour le turbo du côté GPU. Le support de Direct3D 12 sera assuré pour tous les processeurs Core à partir de la 4ème génération (Haswell).

Nvidia :



Nvidia est probablement le fabricant qui devrait proposer le plus large support de Direct3D 12 pour ses anciens produits puisque cela concernera les générations Fermi, Kepler et Maxwell. De quoi permettre à Nvidia d'estimer qu'à sa sortie, le parc compatible Direct3D 12 sera à 40% composé de GeForce.

Nvidia indique avoir travaillé en étroite collaboration avec Microsoft depuis un an sur Direct3D 12 (la démonstration de Forza Motorsport tournait d'ailleurs sur une GeForce GTX Titan Black), et termine par citer Epic Games, un partenaire proche, qui annonce qu'ils travailleront main dans la main avec le fabricant de GPU pour porter l'Unreal Engine sous DirectX 12.

Qualcomm :

Enfin, Qualcomm explique voire dans Direct3D 12 de nouvelles opportunités d'augmenter le rendement énergétique, la priorité pour le fabricant de SoC. Ce dernier nous avait par ailleurs indiqué précédemment que les GPU Adreno 4xx, tels que l'Adreno 420 présent dans le Snapdragon 805, seraient compatibles avec ce nouveau Direct3D.


Au final, à partir de ce jour, Microsoft estime que tous les nouveaux GPU PC supporteront Direct3D 12, que 80% des nouveaux PC destinés aux joueurs supporteront Direct3D 12 et que 50% des joueurs seront équipés de matériel adapté lorsque l'API sera disponible. La Xbox One sera bien entendu compatible. Microsoft ne donne aucune information par rapport aux niveaux de fonctionnalités matérielles mais il est probable que tous les GPU compatibles Direct3D 12 n'en supportent pas toutes les fonctionnalités.

Malheureusement, il faudra encore patienter un petit peu pour cela. Dans l'immédiat, Microsoft propose un accès à une beta au cas par cas aux développeurs qui en font la demande et prévoit une préversion publique pour la fin de l'année. Le but visé par Microsoft concerne les jeux de Noël 2015, mais pour quel OS ? Un point que le géant de Redmond n'est pas encore prêt à aborder mais il est possible, sur PC, que passer à Windows 9 sera obligatoire pour profiter de DirectX 12 et Direct3D 12. De futures versions de Windows adaptées aux tablettes et aux smartphones profiteront elles aussi de cette API.

D'après le timing de Microsoft, AMD devrait encore disposer d'une fenêtre de plus d'une année pour profiter des avantages de Mantle. Et au vu de la proximité apparente entre les deux API, les développeurs devraient pouvoir réutiliser une grosse partie du travail fait autour de l'API propriétaire d'AMD.

C'était un secret de polichinelle depuis quelques temps, Microsoft prépare l'arrivée d'une nouvelle mouture de DirectX et de son API graphique Direct3D. Les premières annonces se feront à la Game Developer Conference (GDC) qui aura lieu du 17 au 21 mars à San Francisco. Comme les années précédentes, nous avons d'ailleurs prévu d'être sur place, d'autant plus en sachant que des choses importantes devraient y être dévoilées autour des API graphiques.

Il ne fait aucun doute que Microsoft va réorienter Direct3D vers une réduction massive du coût CPU des commandes de rendu, AMD ayant ouvert la voie vers cela avec Mantle. Il y a dorénavant une demande importante de la part des développeurs et des possibilités à ce niveau en OpenGL qui pourraient être exploitées par Steam OS. Pour garder le contrôle, Microsoft se devait de réagir.

La plupart des informations à ce sujet sortiront des sessions du jeudi 20 mars :

DirectX: Evolving Microsoft's Graphics Platform (Presented by Microsoft) 
DirectX Advancements in the Many-Core Era: Getting the Most out of the PC Platform (Presented by NVIDIA) 
Approaching Zero Driver Overhead in OpenGL (Presented by NVIDIA) 
DirectX: Direct3D Futures (Presented by Microsoft) 

L'intitulé de cette dernière cession est d'ailleurs très clair concernant les orientations du prochain Direct3D :

Come learn how future changes to Direct3D will enable next generation games to run faster than ever before!

In this session we will discuss future improvements in Direct3D that will allow developers an unprecedented level of hardware control and reduced CPU rendering overhead across a broad ecosystem of hardware.

If you use cutting-edge 3D graphics in your games, middleware, or engines and want to efficiently build rich and immersive visuals, you don't want to miss this talk.

Il est intéressant d'observer qu'AMD prendra part à la session sur le surcoût CPU en OpenGL de Nvidia (les équipes de développements de ces deux concurrents arrivent à s'entendre!), alors que c'est avec Oxide Games, qui propose la démo Mantle Star Swarm, que Nvidia s'est associé pour parler de la bonne exploitation des CPU multicores.

Une fois que nous en saurons plus sur ce que ce sera ce futur Direct3D, il restera à voir qui tirera le mieux parti de ce futur Direct3D, l'avantage alternant souvent entre AMD et Nvidia. D'un côté certains pourraient se dire qu'avec Mantle, AMD a irrité Microsoft qui pourrait être tenté de favoriser Nvidia. C'est possible, mais d'un autre côté AMD a également enlevé une épine du pied au père de Windows en lui donnant un prétexte pour une évolution plus radicale face à laquelle certains pouvaient peut-être trainer des pieds. L'expérience de Mantle est par ailleurs une bonne base de travail et de réflexion pour Microsoft, de quoi l'aider à bouger plus rapidement pour ne pas laisser d'avantage au couple OpenGL et Steam OS.