Les contenus liés au tag DirectX 12

La Game Developers Conference (GDC) de San Francisco vient d'ouvrir ses portes et nous sommes sur place pour couvrir l'évènement, tout du moins la partie qui nous intéresse, celui-ci étant particulièrement vaste.

Cette année, ce sont le streaming, la réalité virtuelle et Direct3D 12 qui sont particulièrement mis à l'honneur avec de nombreuses conférences, démonstrations et autres tutoriaux. Cette première journée est d'ailleurs tournée entièrement vers ce dernier point avec des Bootcamp divers et variés en parallèle desquels sont organisés toute une série de tutoriaux sur Direc3D 11 et 12.

Ces tutoriaux sont présentés mains dans la main par AMD et Nvidia, accompagnés de quelques développeurs qui font partie des premiers à avoir expérimenté Direct3D 12. AMD et Nvidia tiennent d'ailleurs à insister sur le fait d'avoir été agréablement surpris d'être totalement sur la même longueur d'onde concernant les réflexions partagées sur cette API, alors qu'il y avait traditionnellement plus de désaccords plus ou moins stratégiques.

Si vous n'avez pas suivi les premiers développements concernant Direct3D 12, voici un bref rappel de ses caractéristiques :


A noter que Direc3D 12 ne sera pas la seule API de plus bas niveau discutée à la GDC, puisque Khronos sera également de la partie et dévoilera officiellement "OpenGL Next", dont nous vous parlerons demain matin à la levée de l'embargo le concernant.

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 !

Un billet posté sur le DirectX Developer Blog  indique que la version finale de Windows 10 (ex Windows 9), prévue pour la mi-2015, sera livrée avec DirectX 12. Une annonce assez logique, mais rien n'est précisé concernant le déploiement, ou l'absence, de DirectX 12 sous Windows 7 et Windows 8 même si certains y voient un aveu d'exclusivité. De ce côté les choses n'ont donc pas évoluées depuis la GDC et notre actualité de la mi-mars.

Les développeurs qui font partie du programme DirectX 12 Early Access sont invités à rejoindre le programme Windows Insider afin de recevoir les outils de développement et documentation DirectX 12 fonctionnant sous Windows 10 Technical Preview. Microsoft indique au passage que l'Unreal Engine 4 dispose déjà d'une version DirectX 12 alpha.

Pour rappel côté matériel le support de Direct3D 12, qui sera livré avec DirectX 12, est possible pour :

- Les GPU/iGPU GCN chez AMD
- Les GPU Fermi, Kepler et Maxwell chez NVIDIA
- Les iGPU Haswell et Broadwell chez Intel

Si DirectX 12 intégrera une API Direct3D 12 de bas niveau permettant aux développeurs une meilleure optimisation de l'utilisation CPU notamment, tous ne seront pas prêts à y passer de suite.

Un nouveau niveau de fonctionnalité graphique supérieur à l'actuel niveau 11_1 sera donc supporté à la fois par Direct3D 12 mais aussi par Direct3D 11.3 (dont on ne connais pas non plus les modalités de déploiement), il intégrera de nouvelles fonctionnalités (cf. cette présentation Microsoft ) déjà présentes dans le GM204 de Nvidia (cf. notre test des 970/980). AMD n'a pas encore confirmé ou infirmé le support de ces fonctions dans le dernier GPU GCN, Tonga (R9 285).

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.