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Microsoft a dévoilé cet après-midi l'organisation des feature levels, soit des nouveaux niveaux de fonctionnalités de Direct3D 12. Finalement ce seront 2 nouveaux niveaux qui vont être introduits : 12_0 et 12_1.

Le niveau 12_1 apporte spécifiquement le support des Raster Ordered Views et de la Conservative Rasterization. La première fonctionnalité permet de contrôler le respect de l'ordre de rendu des différents éléments de la scène, ce qui est par exemple nécessaire lorsqu'il y a plusieurs niveaux de transparence à respecter, et la seconde permet de vérifier si une primitive est présente dans n'importe quelle petite partie de la zone couverte par un pixel et pas simplement présente en son centre. De quoi pouvoir mieux évaluer sa couverture, ce qui est nécessaire pour certains algorithmes.

Nous vous avions déjà parlé de ces fonctionnalités lors du lancement de la GeForce GTX 980 et de Maxwell de seconde génération, ce qui implique que ces GPU Nvidia récents supporteront bien le niveau 12_1 en plus du 12_0.

Nous ne savons pas encore quels GPU supporteront le niveau 12_0, AMD ne nous ayant pas encore répondu par exemple. Il n'est pas impossible que certains GPU de génération DirectX 11 en soient capables. Rappelons qu'il sera bien entendu également possible d'exploiter à travers Direct3D 12 le matériel limité aux niveaux de fonctionnalités inférieurs, du moment que le GPU supporte une MMU (Memory Management Unit). Les niveaux 11_x seront ainsi exploitables pour la plupart des GPU de la génération DirectX 11 (pas avant GCN chez AMD).


Une autre segmentation existera pour les GPU supportés avec 3 niveaux (Tiers) de capacités de gestion des différentes ressources (Resource Binding). Un GPU devra supporter au moins le Tier 2 pour pouvoir prétendre au niveau de fonctionnalité 12_0. Sans donner plus de détails, Microsoft indique que sur base des dernières statistiques de Steam, et en ne prenant en compte que le matériel compatible avec Direct3D 12, 39% du parc installé est limité au Tier 1, 44% au Tier 2 et 17% supporte le Tier 3. Des chiffres qui seront tirés vers le haut d'ici la sortie de Windows 10.

Nous avons pu poser quelques questions à Microsoft après la présentation et ainsi confirmer que ces niveaux de fonctionnalités 12_0 et 12_1 seront également exposés à travers Direct3D 11.3. Cette mise à jour pour Direct3D 11 ne sera par contre pas proposée en dehors de Windows 10. Microsoft tient d'ailleurs à insister à ce sujet sur le fait qu'un nouvel OS gratuit à la place d'une mise à jour de l'API n'est pas un mauvais deal pour les joueurs, ce qui n'est pas faux il est vrai.

Enfin, au niveau des améliorations matérielles éventuelles à apporter pour parfaire le support de Direct3D 12, Microsoft nous a indiqué qu'un point inhabituel jusqu'ici était ressorti : les processeurs de commandes des GPU peuvent être saturés. C'est assez logique puisque Direct3D 12 permet d'augmenter fortement le nombre de commandes de rendu qu'ils doivent prendre en charge. Muscler ces processeurs de commandes pourra ainsi être bénéfique à l'avenir.

AnandTech a publié un article  consacré à DirectX 12 se concentrant principalement sur des benchmarks obtenus sous Windows 10 Technical Preview 2 sous une version Direct3D 12 de Star Swarm Stress Test fournie par Oxide et Microsoft. Ce nom ne devrait pas vous être inconnu puisque cette démo dispose d'une version Mantle utilisée par AMD pour démontrer les bienfaits de son API à son lancement, mais elle a aussi déjà été utilisée en août dernier en version DX12 par Intel et Microsoft pour montrer les avantages du futur Direct3D.

Avant de passer aux résultats, nos confrères ont eu la confirmation par Microsoft que DirectX 12 ne sera disponible que sous Windows 10. Sachant que la mise à jour sera gratuite si effectuée durant la première année du lancement, cette annonce n'est pas problématique. Pour supporter DirectX 12, Windows 10 intègre la version 2 du WDDM. Côté GPU AMD et Nvidia disposent bien sûr de pilotes beta WDDM 2.0 et DX12, ce sont les versions 394.56 et 15.200 qui ont été fournies à nos confrères. A l'heure actuelle les pilotes AMD supportent les GPU GCN 1.0, 1.1 et 1.2, mais pour le moment Star Swarm Stress affiche des bugs de texture sur GCN 1.0. Côté Nvidia le support des Kepler et Maxwell est fonctionnel, mais les Fermi ne sont pas encore gérés.

Côté benchmark c'est donc sans grande surprise que les résultats obtenus sont très bons dans ce test très lourd en termes de draw calls. Ainsi une GeForce GTX 980 passe de 26,7 fps en D3D11 à 66,8 fps en D3D12, alors qu'une Radeon R9 290X est à 8,3 fps en D3D11, 42,9 fps en D3D12 et 45,6 fps sous Mantle. On note ici un avantage à Mantle sur ce test effectué avec 4 cœurs et confirmé avec 6 cœurs, mais avec 2 cœurs seulement c'est D3D12 qui reprend l'avantage avec 42,9 fps au lieu de 37,6 fps. Ces écarts sont en partie liés à un temps de traitement des lots de commande plus important sous Mantle du fait d'une optimisation du moteur effectuant une seconde passe côté CPU pour les optimiser, ce qui permet d'alléger la charge GPU au dépend de la charge CPU. Une fois celle-ci désactivée le temps de traitement des lots de commande est équivalent entre les deux API, par contre D3D12 repasse devant puisque sur 4 coeurs Mantle passe à 39,3 fps.

Pour rappel, pour contrer l'offensive Mantle, Nvidia a optimisé tant que possible les performances des commandes D3D11 via des optimisations génériques mais aussi spécifiques à certaines applications dont Star Warm. C'est ce qui explique que la version D3D11 soit 3,2 fois plus rapide sur GTX 980 que sur R9 290X, alors qu'AMD a orienté ses ressources sur Mantle qui reste 71% plus rapide. En Direct3D 12, l'avantage du dernier GPU Nvidia est probablement lié à des performances supérieures dans le traitement de la géométrie et/ou des commandes dans ce cas extrême.


DirectX 12 est donc toujours sur la bonne voie pour tenir les promesses d'une API bas niveau en termes d'allègement et de meilleure répartition entre les cœurs CPU de la charge liée aux commandes de rendu. Des bons résultats qui ont déjà été démontrés par AMD avec l'API Mantle qui a heureusement enfin fait bouger les lignes. Microsoft a encore beaucoup de choses à dévoiler sur DirectX 12, ce qui devrait se faire à l'occasion de la GDC 2015 en mars – on pense notamment au nouveau niveau de fonctionnalité 11_3 ou 12_0. Reste qu'au-delà de l'API et des démos technologiques, il faudra bien sûr voir ce que les développeurs de jeux en feront !

On trouve sur le blog MSDN DirectX  et sur celui d'Intel Software  des informations sur une démonstration faite par Intel lors du SIGGRAPH 2014 sur une Surface Pro avec un Intel HD 4400 Graphics.

La démonstration intègre pas moins de 50 000 astéroïdes et permet de passer de DirectX 11 à DirectX 12 et propose deux modes, débit d'image constant ou débit d'image libre. Pour rappel, à l'instar de Mantle d'AMD, DirectX 12 devrait permettre une réduction massive du coût CPU des commandes de rendu.

A débit d'image constant (ci-dessus), elle permet de mettre en avant une chute drastique de la consommation du processeur, alors qu'à débit d'image libre (ci-dessous) on passe de 19 à 33 fps. A noter que dans le même temps la répartition de la puissance entre CPU et GPU est modifiée en faveur de ce dernier, sur un système moins contraint par le TDP la hausse de performance sera donc encore supérieure.


Des résultats encourageants mais il s'agit bien sûr d'un cas idéal, à l'instar par exemple de Star Swarm Stress Test d'Oxyde pour ce qui est de Mantle. Intel précise qu'il compte rendre cette démonstration publique lorsque que DirectX 12 sera disponible, ce qui devra pour rappel attendre l'an prochain.

S'il y a bien un mot qui était tabou lors de toutes les sessions de la GDC consacrées à Direct3D 12, c'était Mantle. Microsoft, Nvidia et même AMD ont tout fait pour éviter de devoir mentionner cette autre API de bas niveau. Direct3D 12 est-il le résultat de la sortie de Mantle ? Voici ce qui nous semble être la meilleure actuelle théorie sur le sujet…

Durant la GDC, seul Oxide a osé un timide acte de rébellion en déclarant que "porter leur moteur depuis d'autres API modernes était plus simple que de porter de Direct3D 11 vers Direct3D 12". A chacune de ces sessions pourtant, la première question qui était posée était systématiquement la suivante : "comment se compare Direct3D 12 à Mantle ?". Eclats de rire assurés dans la salle mais aucune réponse en retour.


Nvidia, de son côté, explique travailler avec Microsoft sur DirectX 12 depuis plus de 4 ans et en collaboration rapprochée depuis un an. C'est sans aucun doute autant la réalité qu'un baratin énorme pour éviter d'admettre avoir été poussé dans cette direction par l'API Mantle d'AMD.

Microsoft travaille constamment avec ses partenaires au sujet de possibles évolutions de ses API. La machine ne s'arrête pas quand DirectX 11 sort, les discussions et autres phases de recherche continuent. Quand Nvidia indique travailler depuis plus de 4 ans avec Microsoft sur DirectX 12, cela veut simplement dire que Nvidia a poursuivi sa collaboration avec Microsoft au-delà de DirectX 11, comme tous les autres fabricants de GPU. Cela ne veut pas dire que Nvidia travaille depuis 4 ans sur le Direct3D 12 qui est présenté aujourd'hui.

Nous ne pensons pas que le fait que la démonstration de Microsoft d'un prototype de portage vers Direct3D 12 de Forza Motorsport ait été réalisée sur un GPU Nvidia, la GeForce GTX Titan Black, soit un élément significatif. Il est logique que Microsoft opte pour un GPU Nvidia pour mettre en avant l'aspect universel de sa solution. Une démonstration sur un GPU AMD aurait entraîné plus de liens vers Mantle et l'architecture d'AMD puisque le code de base de Forza Motorsport provient de la Xbox One équipée en GPU AMD.

Après de très nombreuses discussions avec tous les acteurs impliqués, à la GDC mais également auparavant, nous sommes convaincus que Mantle a été le déclencheur et l'accélérateur de la direction retenue pour Direct3D 12, quoi qu'en dise Nvidia. Cela ne veut pas dire que Direct3D 12 est un clone de Mantle, mais qu'il semble bel et bien avoir été bâti sur les mêmes bases ou tout du moins fortement tiré dans la même direction. Des bases qui impliquent de transférer une partie significative de la responsabilité des performances et des optimisations du pilote vers le moteur du jeu. Bien sûr, ce n'est pas un monde en noir et blanc, tout le pouvoir ne passe du pilote au moteur de jeu, les deux restent importants mais l'équilibre est modifié en faveur du second.

C'est selon nous la clé pour comprendre la position de chacun et la chronologie des évènements. Il ne faut pas être naïfs, AMD et Nvidia n'opèrent pas de virage important par pure conviction technologique, tous ces choix se font également avec une bonne dose de politique et de stratégie.

Pourquoi AMD a-t-il sorti Mantle ? Parce que Nvidia dispose de la meilleure équipe de développement des pilotes. Pourquoi Nvidia aurait-il été réticent jusqu'alors à faire évoluer Direct3D vers un niveau d'abstraction plus bas ? Parce que Nvidia dispose de la meilleure équipe de développement des pilotes.

Plus une API graphique est complexe, prend des chemins torturés et accuse un surcoût ou overhead élevé, plus les fabricants de GPU ont d'opportunités de se démarquer de la concurrence via leurs pilotes. Cela ne veut pas spécialement dire qu'AMD et Nvidia font ou ont fait volontairement en sorte de complexifier les API, mais que les simplifier et transférer une plus grosse part de la responsabilité de l'optimisation vers les développeurs pose des questions stratégiques importantes qui peuvent les inciter à trainer des pieds face à certaines évolutions.


Les avantages d'une API de plus haut niveau, selon Nvidia.
Le travail important nécessaire pour obtenir des performances de premier plan, que ce soit globalement au niveau des pilotes ou spécifiquement au cas par cas pour chaque application, a permis à AMD et Nvidia de bénéficier de la sécurité d'un marché difficilement accessible à d'autres acteurs. Des sociétés telles que S3, Matrox, XGI etc. s'y sont cassé les dents, en partie pour cette raison. C'est également ce qui a permis à AMD et Nvidia de tenir Intel à l'écart.

Au cours de ses années les plus difficiles, AMD a dû se séparer de nombreux ingénieurs qui travaillaient sur ses pilotes alors même que Nvidia renforçait ses rangs. Même si AMD a récemment revu à la hausse ses investissements auprès du support des développeurs, il est évident que Nvidia dispose d'une force de frappe nettement plus importante sur le plan du développement des pilotes. AMD a probablement fini par prendre conscience du danger que cela pouvait représenter et revu sa stratégie en conséquence. Le réflexe qui pouvait être de trainer des pieds par rapport à un transfert de pouvoir des pilotes vers l'application n'avait plus lieu d'être. Au contraire, il a fini par devenir évident que pousser le marché dans cette direction serait utile pour la compétitivité de la société.

Pas facile cependant de convaincre tout le monde de bouger dans ce sens... Il nous semble évident que stratégiquement Nvidia n'avait au premier abord aucune raison d'abonder dans le sens d'AMD, et préférait opter pour d'autres approches de réduction du surcoût CPU, peut-être moins ambitieuses, qui lui auraient évité d'abandonner autant de contrôle sur les optimisations. Du côté de Microsoft il y avait probablement du pour et du contre, pas mal d'hésitation et d'avis contradictoires.

En développant et en concrétisant Mantle, avec le support de développeurs très enthousiastes, nous pouvons supposer qu'AMD a décidé de donner un coup de pied dans cette fourmilière. Le risque était limité. Dans le pire des cas, AMD pourrait bénéficier d'un mode spécifique dans quelques jeux, et dans le meilleur des cas, en profiter pour forcer la main des acteurs réticents de manière à pousser l'industrie dans une direction plus intéressante pour la société d'un point de vue compétitif.

De premiers résultats encourageants, l'engouement instantané de plusieurs développeurs pour les principes de Mantle (pas spécialement pour l'utilisation d'une API propriétaire !), la position délicate de la Xbox One, la menace de Steam OS, …, tout cela a mis en place une atmosphère qui a permis à tout le monde d'accepter d'aller vers un changement plus radical que certains ne le voulaient au départ pour Direct3D 12. Au final, avec Mantle, AMD a pu influencer significativement Direct3D 12, en plus d'apporter un bonus dans quelques jeux pour les utilisateurs de Radeon, ce qui est toujours bienvenu sur le plan commercial.

Sur la base de la même réflexion, nous pouvons supposer qu'OpenGL ES va évoluer rapidement vers une version à overhead réduit, alors qu'il sera beaucoup plus lent et difficile de faire évoluer OpenGL dont l'importance dans le monde professionnel en fait un élément stratégique crucial. Un responsable du développement d'un des moteurs de jeux majeurs nous a d'ailleurs confirmé qu'un tel OpenGL ES était déjà sur la table.

Nous pouvons par contre supposer que Nvidia sera extrêmement prudent par rapport à une évolution d'OpenGL qui pourrait impacter son très rentable marché professionnel. Même si la tendance va de plus en plus vers une exploitation de toute la puissance des GPU, de nombreuses applications professionnelles liées à la 3D restent fortement limitées par le CPU et les performances du pilote. Une caractéristique qui, comme vous pourrez l'imaginer, fait bien les affaires de Nvidia.

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…