更重效率

DirectX的發展推動了圖形技術的進步，從早期的簡單3D圖形到目前幾近逼真的光影效果和細節出眾的模型，DirectX在其中扮演了最為重要的角色。每一代DirectX的發布，都會帶來圖形業界的革命。在GDC 2014（Game Developer Conference，游戲開發者大會）上，微軟宣布了全新的DirectX 12，全新一代的DirectX API又將給我們帶來無限驚喜。

DirectX作為目前最主要的圖形API，存在于電腦的方方面面，也是目前3D游戲的根本技術支柱。作為DirectX技術重要模塊的Direct3D，由于快速的發展和對3D技術推動的重要性，又被人廣泛關注，以至于一度成為了DirectX發展的代名詞。實際上，在DirectX 11于2009年發布后沒多久，人們就逐漸開始意識到DirectX 11中的Direct3D 11本身對圖形技術存在大量的約束，已經無法滿足目前技術發展的需求，從而迫切希望有全新的技術來進一步推動技術的前進。在這種情況下，雖然AMD已經展示了自家的Mantle API并取得了不錯的效果，但是業界還需要一個真正的統一標準，這就是本文的主題DirectX 12。

解決效能瓶頸是目標

從PC被發明，CPU和GPU被區分開來到現在，這兩者的性能發生了極為驚人的增長。從目前的角度來看，CPU的單線程性能已經很難提高，主頻也達到了一個很高的地步，繼續發展的希望不大。但是GPU由于圖形計算的并行特性，效能一直在大幅度攀升。最終結果是，GPU的性能增長幅度已經遠遠拋離了CPU。這本身應該是可以理解的，但是考慮到DirectX這樣的API的話，結果就有所不同了。這是因為，目前諸如DirectX這樣的API在為GPU準備數據時的工作基本都是單線程的，由于CPU單線程性能增長遇到瓶頸，因此就產生了差距。也正是由于這種差距的產品，大量的時間被浪費在等待上，圖形性能提升難以跟上GPU的增長。

相比之下，諸如游戲主機這樣的專注于底層開發的產品反而不存在這樣的缺陷。這是因為游戲主機的開發采用的是底層開發，相比目前的高級API，底層開發雖然依舊需要一個主線程，依舊可能會產生瓶頸，但底層開發往往不使用這樣一個被CPU約束很強的API以及不需要為GPU預先準備數據。因此底層開發更容易使用多個CPU并行處理并預防瓶頸現象的出現，這也就是很多游戲機為什么使用相對弱的多核心CPU，都能實現比更強大的PC CPU更好的效能輸出的原因。

因此，現在DirectX需要解決的是日益強大的GPU和與之完全不相符的單線程CPU之間的矛盾。解決方法很簡單，那就是在全新的DirectX 12中重新引入底層開發，徹底解決CPU單線程性能無法提升帶來的性能瓶頸約束。

DirectX 12的全新功能

目前DirectX 12還處于開發階段，因此對其具體的內容外界知道得并不多。但是在GDC 2014上，微軟還是公布了很多的技術資料，基本勾畫出了DirectX 12的外觀輪廓。

首先，DirectX 12的目的是大幅度降低CPU在整個CPU-GPU過程中的計算開銷。CPU目前耗費時間最多的部分是為GPU準備命令列表并存儲至緩沖區。在Direct3D 12上，這個任務將交給開發人員而不是CPU，也就是說開發人員將預先準備好這些內容，并將這些內容分布在不同的CPU核心上完成，這將極大程度提升CPU的效能。在這一點上，目前還不清楚Direct3D 12將怎么做，但是毫無疑問的是Direct3D 12和AMD之前就發布的Mantle有一定的相似性，畢竟這兩個技術沒有理由在目標如此接近的情況下有巨大的實現方法上的差異。

為了達到上述的目的，微軟推出了一些新的概念，比如Bundle，也稱“命令束”。這是一顆可重復使用的功能、命令的列表。命令束的出現節約了CPU資源，因為提交一個命令束比提交大量的命令列表更直接、簡單。在具體的執行中，可以允許命令束一次提交、多次執行，每次執行中可以有一些細微的不同。微軟還給出了一個使用案例，其中的character drawn在兩次調用中使用了不同的紋理，這展示了命令束在使用中的靈活性。

其次，DirectX 12還引入了管線狀態對象（Pipeline State Objects，簡稱PSOs），在這個新技術的幫助下，技術人員可以真正深入命令緩沖區的執行過程，并且比較各種圖形架構的差異。DirectX 12還將繼續解決新的功能和舊的硬件之間平衡的問題。PSOs可以繞過目前的管線限制并重新創建新的對象，具體細節暫時不談，其優勢在于可以進一步降低CPU開銷并提高效率，增加CPU的繪制調用數量，并且可以為其他任務釋放資源。

除了上述兩點重要的改進外，微軟還為DirectX 12引入了諸如Descriptor Heaps等技術用于解除有關紋理綁定的問題，此外還帶來了新的資源壓縮方式，使得更高精度的紋理貼圖可以縮減體積并應用在程序中。這些積極的改進都將帶來DirectX 12更有效率、更為出色的應用效能。

新一輪效能躍進

在作出了大量改進之后，同樣適用DirectX 12的軟件相比DirectX 11的軟件，在編寫和調試上的難度可能略微增加，但同時帶來的是大幅度增加的運行效率。可能有心的讀者已經注意到，DirectX 12中目前并沒有出現對圖形進行重大改善的革命性全新技術。這一方面是微軟尚未公布新的技術，另一方面則是目前的DirectX 11等受制于性能和效率問題，本身就對圖形技術的應用情況不甚樂觀，因此在DirectX 12改進效率后，目前大量已經存在的新技術可以重新加入并得到更廣泛優化應用，這相當于從根本上提升了圖形質量。

在支持DirectX 12的硬件方面，目前三大GPU廠商的產品都已經宣布即將支持DirectX 12，包括NVIDIA、AMD和英特爾。英特爾方面只有Haswell內置的高清顯卡可以支持DirectX 12，AMD方面GCN 1.0和GCN 1.1都能夠提供對DirectX 12的支持。NVIDIA旗下包括Fermi、開普勒和Maxwell在內的產品都提供對Direct3D 12的支持。

為了更清晰說明DirectX 12在性能方面的優勢，微軟搭建了一個測試平臺，使用內部開發版本的DirectX 12和重新編譯的3DMARK 11，用于演示DirectX 12的性能提升情況。在整個測試中，DirectX 12能夠顯著地降低CPU單線程的負載，并且將更多的工作負載分配到不同的CPU核心上去。與此同時，作為系統內核的一部分，內核模式驅動和CPU耗用時間都被降低了。最終，DirectX 12在效能上大幅領先，讓我們看到了新一代DirectX API的希望。

2015年與新DX同行

目前微軟只發布了DirectX 12的部分信息，而新版API上市也需要等到2015年年初左右。在這么長的時間中，微軟可以繼續對DirectX 12進行調整并完善它的功能。而對游戲玩家來說，2015年很可能將迎來一次巨大的硬件和軟件升級，電影級的游戲畫質說不定已經不遠了。