DX12性能首次测试：完爆DX11！AMD大亮

lishuaijun

2014年3月份的GDC 2014游戏开发者大会上，微软首次公布了新一代DirectX 12。在沉寂了多年之后，AMD都忍不住提出了自己的Mantle API之后，微软终于重新振作起来，又将在游戏行业刮起“腥风血雨”。
如今，Windows 10 Build 9926预览版其实已经包含了DX12。虽然还只是个早期版本，但是API正在稳定下来，驱动程序也在不断改进，微软还与Oxide Games合作推出了第一个支持DX12的应用/测试程序：《Star Swarm》(星群)。
所以，我们终于可以谈谈DX12的性能了。能不能干掉AMD Mantle？能解决DX11上存在的CPU瓶颈问题吗？对比DX11进步能有多大？A/N卡表现有何差异？

【DX12的现状：working...】
Windows 10本身都还“残缺不全”，作为其一部分的DX12自然还很初级，我们所能了解到的技术细节也不多，因此今天做的只是一个初步预览，和最终表现肯定会相去甚远，这一点要时刻牢记。
下个月我们将迎来GDC 2015，到时候必然能看到微软及合作伙伴公布更多关于DX12的细节和进展。
历史上伴随DirectX的每一次升级，微软都会给出新的WDDM(Windows显示驱动模型)，DX12就带来了全新的WDDM 2.0，这也是该技术自Windows Vista诞生以来最大的改变，将会重写整个Windows GPU生态系统。
预计WDDM 2.0会在内存管理、动态资源索引、更底层CPU效率优化等方面给我们带来惊喜。
现在使用较新显卡运行Windows 10 9926预览版，DirectX诊断程序里都会显示DirectX 12、WDDM 2.0。

R9 290X

GTX 980

WDDM 2.0的变化之大，显卡厂商正面临着严峻挑战，驱动程序一定要跟上。AMD、NVIDIA目前都在进行这项工作，结果就是不同型号显卡对DX12的支持情况会有很大差异(不管是技术上还是市场上)。
简单地说，AMD、NVIDIA的最近几代显卡都可以支持DX12，但进展各有不同。

AMD HD7000/R200系列用的是第一代GCN架构，同样没有被忘记，但目前也是问题最多的，尤其在纹理方面。
GCN 1.1 R290/260系列和GCN 1.2 R9 285的情况还好一些，基本能用。
NVIDIA 开普勒/麦克斯韦两大家族都可以支持DX12，也就是GeForce 600系列起步，进展还算顺利。
更老的费米GeForce 400/500系列也得到了NVIDIA的承诺，但暂时还未启动相关工作。
但是记住，现在说是支持DX12，并不代表在API、特性级别(Feature Level)上都是百分之百支持的，尤其是微软引入的特性级别这个概念，很容易让人眼花缭乱。
只有那些完整支持FL 12_0的，才能算是真正支持DX12，其他都是部分支持，比如FL 11_2什么的。
据说，现有显卡都只是部分支持DX12，完整支持的得等待全新产品。
更乱的是微软还搞了个DirectX 11.3，对应着FL 11_3，是一个高层API，和底层的DX12并不冲突，而是在功能特性上相通，且长期共存。
关于它的具体情况，以及显卡支持问题，GDC 2015上相信会给出一些说法。

最后操作系统支持方面，DX12将是Windows 10的专利。
这其实并不完全是出于市场方面的考虑，技术上让DX12区支持Windows 7/8/8.1也是相当困难的，因为WDDM 2.0是系统内核组件，支持老系统需要大幅度重新改写系统内核，这工作量根本不值得。
再说了，Windows 7/8.1都可以免费升级Windows 10，还要求啥呢？
另外，这也给AMD Mantle、OpenGL留下了更多发展空间，它们都可以继续吸引那些想留在Windows 7/8.1系统上的玩家。
【第一个DX12程序：《星群》】
《星群》其实是个演示DEMO，2014年初就有了，当时用来展示Oxide Nitrous游戏引擎，以及AMD Mantle，因为产生的渲染调用(draw call)规模庞大(可超过10万)而成为压榨GPU性能的利器，也非常适合测试底层API。
因为是个理想化的基准测试工具，《星群》能将DX12的性能发挥到极致，因此未来在实际游戏里看到的情况肯定会有所不同，但这至少能反映出DX12的实力。
《星群》的场景是两队AI太空舰队厮杀，随机性非常大，不过它有个RTS模式，可以基本确保每次测试的结果有可比性。

本次测试中，所用显卡驱动NVIDIA提供了349.56版本，AMD则提供了15.200版本。微软表示，现阶段的DX12环境还存在一些内存泄露、性能优化不足的问题，建议显卡显存不要少于3GB，不过实际测试中2GB也挺好的。
另外，N卡在DX11模式下还有些问题，偶尔会崩溃，所以禁用了D3D11延迟上下文功能。
参测显卡涵盖了当前具有代表性的几款：
－ R9 290X (GCN 1.1)
－ R9 285 (GCN 1.2)
－ R9 260X (GCN 1.1)
－ GTX 980 (Maxwell 2)
－ GTX 750 Ti (Maxwell 1)
－ GTX 680 (Kepler)
CPU选择了一颗Core i7-4960X，但除了六核心十二线程4.2GHz的原始状态，还屏蔽部分核心与频率，模拟了四核心四线程Core i5-4670K 3.8GHz，双核心四线程Core i6-7370 3.8GHz(三级缓存没法控制但影响不大)，看看不同核心数量的差异。
测试平台还用了芝奇RipjawZ DDR3-1866 8GB×4内存、三星SSD 840 EVO 750GB固态硬盘等。
好了，接下来就看看DX12是否如宣传得那样神奇！(A卡顺便测了Mantle)

【CPU测试：不同核心数量影响多大？】
DX11的一大局限就是在多核心上效率不足，存在很大瓶颈，换言之就是多线程支持不到位，这也是DX12的重点改进方向之一。
《星群》的批量提交(batch submission)在DX11上就基本是单线程的。

DX11到DX12的性能堪称飞跃，是数倍的提升，也消除了核心数量限制，双核、四核都有着不错的提升，但是超过四核之后CPU不再是瓶颈，也就看不到什么再提升了。
但是GTX 980、R9 290X的差异有点大，DX12之下前者快了一半多，DX11之下更是三倍的差异。虽说两款卡本身就有差别，但这也有点离奇。
Mantle倒是亮了，足以媲美甚至超过DX12。

在不同显卡上考察双核、四核的差异，可以充分反应DX12的效率之高，只有GTX 980这样的顶级显卡才让双核心有点跟不上。换言之，除非你用的是超高端显卡，未来的DX12游戏里双核就足够了！

四核心上的批量提交时间，DX12同样表现非凡，只需要几个毫秒。
A/N差异同样值得玩味，DX11 A卡都超过了110毫秒，N卡则只有30毫秒左右，不过AMD Mantle再次亮了，开启后能基本接近DX12的水平了！
再来看看CPU占用率：

R9 290X DX11

R9 290X DX12

R9 290X Mantle

GTX 980 DX11

GTX 980 DX12

不出所料，DX11下的CPU负载很不均衡，只有一两个核心在努力工作，DX12下就基本可以用到全部四个核心了，Mantle也不错。
【GPU测试：不同显卡有何差别？】
这个对游戏玩家来说影响就更大了，毕竟玩游戏，大家首先看的还是显卡。

搭配四核心时，NVIDIA强势领先，GTX 980超过了R9 290X 50％之多，GTX 680也能领先R9 285 25％。
虽然说系统、驱动、API、应用都在开发之中，出现这种情况也不意外，得看能不能保持到最后，但是再看看DX11下，就知道A卡确实惨了点。
由于DX11性能落后，A卡切换到DX12时进步倒是惊人的，R9 290X就提升了……416％！
另外，它们还有Mantle，开启之后每一款卡都可以干掉DX12！(稍后再谈这个话题)