DirectX 12效能測試, 與Mantle、DX11相較

Mirosoft Windows 10的發佈，除了作業系統的更新之外，還有一個相當重要的功能－DirectX 12，在目前預覽版上已經可以透過更新來支援，不過現在DirectX 12並沒有實質的遊戲支援，所以是沒有太大的意義，但DirextX 12在先前所公布的效能數據，確實是相當吸引人，比起DirectX 11要快將近一倍的效率，最近國外知名的硬體網站Anandtech也做出了實際的比較測試。




去年GDC大會上公佈的DX12與DX11渲染時間對比



目前的DX12支持情況及WDDM 2.0
儘管Windows 10系統上已經有DX12支持了，不過DX12依然還在開發中，即便是Windows 10自身其實也沒有完成，依然在完善中，所以這裡的測試只是早期的預覽，還有很多問題，但足夠我們一窺DX12的驚艷。

從技術角度來看，DX12其實只是微軟計劃中的一部分，跟之前的DX11升級一樣，DX12也需要全新的WDDM（Windows顯示驅動模型），這裡就是WDDM 2.0，實際上WDDM 2.0可以說是微軟自從Vista系統上首次引入WDDM以來最大的一次變化，而DX12則是Windows GPU生態系統上的一次大翻修。

R9 290X顯卡的WDDM 2.0狀態



GTX 980顯卡的WDDM 2.0狀態



微軟沒有公佈WDDM 2.0的具體細節——相關內容要在3月份的GDC 2015大會上才公佈，不過WDDM 2.0是開啟DX12的基礎，內核及顯示驅動會增添新的功能以便支持DX12 API必需的功能。與WDDM 2.0相關的就是DX12中的記憶體管理、動態資源索引等功能，這些功能是目前WDDM 1.3所沒有的。

WDDM 2.0大動干戈意味著OS上的驅動要受影響，除了微軟之外，AMD、NVIDIA現在也在準備WDDM 2.0驅動，目前還在開發中，而且也不是所有的顯卡都支持新驅動，支持的硬體目前也依然存在很多問題。

AMD/NVIDIA硬體DX12支持情況


最新的硬體都可以支持WDDM 2.0，但不是所有的早期硬體產品都可以。AMD的GCN 1.0架構（HD 7000及Rx 200系列）雖然支持WDDM 2.0，但在StarWorm中遇到了問題，但之後的產品就沒問題。NVIDIA的驅動目前只支持Kepler、Maxwell 1和2代架構，早期的Fermi不支持WDDM 2.0。不過AMD和NVIDIA都在致力於向早期的GCN 1.0和Fermi架構產品提供DX12（以及WDDM 2.0）支持，只不過不是現在，等到DX12上市了再說吧。

DX12的軟體平台支持


軟體平台的支持，微軟之前已經表態了，DX12是Windows 10專屬，Windows 7/8/8.1用戶就不要想了，唯一的選擇就是升級到Windows 10平台，還好微軟提供免費升級的機會。


Star Sworm及DX12測試說明
目前還沒有遊戲是正式支持DX12的，不過微軟跟Oxide Games給Anandtech提供了一個新版本的Star Sworm星際蟲群demo，這個遊戲原本是支持DX11和Mantle的，現在也可以支持DX12了。這個遊戲其實之前針對Mantle的特性做了很多優化，比如支持100K個繪製命令（draw call）。



測試平台配置及說明
Anandtech測試使用了AMD、NVIDIA提供的支持WDDM 2.0的驅動，N卡是349.56，A卡是15.200。此外，由於DX12和驅動都還不是最終狀態，所以測試中也有很多問題，微軟建議他們使用3GB及以上的顯卡，不過Aandtech表示他們使用了2GB的顯卡，也沒發現什麼問題。

顯卡使用了GTX 980（Maxwell 2）、GTX 750 Ti（Maxwell 1）和GTX 680（Kepler），AMD陣營的則是R9 290X（GCN 1.1）、R9 285（GCN 1.2）及R9 260X（ GCN 1.1），Fermi和GCN 1.0架構的顯卡因為驅動還不支持就沒測了。

CPU方面使用了Core i7-5960X，但通過降低核心和線程數模擬了Core i5以及Core i3處理器的情況，如下圖所示：





首先來回答大家最關心的一個問題：DX12是否真如之前宣傳中那樣很強力呢？答案是絕對地，如下圖所示，DX12的性能遠遠勝過DX11（不過這個項目里略輸Mantle）




DX12測試之CPU並行性能
首先來看DX12規範下不同顯卡對CPU並行能力的測試。

GTX 980搭配2、4、6核下的DX12性能


R9 290X搭配2、4、6核下的DX12性能



DX11規範下基本是單線程限制，多核性能提升並不明顯，DX12對多線程的利用就好得多了，可並行利用2-4核，不過再多的核心之後提升也不大了。不過這裡的測試主要受限於設置，如果設置成100K Draw calls，那麼所有CPU其實都受制於GPU瓶頸了。

在CPU不受限制的情況，任何超過4核的處理器都有些浪費了，不過這也意味著DX12不需要太高的多線程處理器。

對比AMD和NVIDIA，DX11下二者的性能差別也非常大，這裡的測試中A/N兩家都是CPU瓶頸而非GPU瓶頸，但AMD驅動下的R9 290X性能只有NVIDIA的三分之一，考慮到這個遊戲中AMD把重心放在了Mantle API上，不知道是不是AMD沒什麼動力再去優化DX11了。

DX12下雙核及四核CPU配置下不同顯卡的性能



批處理時間，越低越好



GTX 980在DX11下的的CPU佔用率



GTX 980在DX12下的的CPU佔用率



R9 290X在DX11下的的CPU佔用率



R9 290X在DX12下的的CPU佔用率



R9 290X在Mantle下的的CPU佔用率




DX12測試之GPU並行能力
前面的CPU並行能力測試之後再來看看Star Sworm在不同顯卡下的GPU並行能力。

4核處理器下的GPU並行能力


這裡的測試中CPU瓶頸開始變成GPU瓶頸了，Star Swarm開始青睞NVIDIA顯卡了（AMD情何以堪），GTX 980性能領先R9 290X顯卡50%以上，GTX 680也領先R9 285顯卡25%，而真實遊戲性能上差距可沒麼大。

與此同時，由於AMD顯卡在DX11下性能差勁，所以AMD顯卡在DX12下提升非常明顯，GTX 980從DX11到DX12只提升了150%，但R9 290X提升了416%，至於Mantle性能，我們之後再來詳細說下。

2核處理器下的GPU並行能力


搭配GTX 980的情況下，雙核CPU也足夠餵飽這個遊戲，GTX 980顯卡在雙核與四核配置下從DX12獲得的性能提升是一致的，可以說即便是搭配較弱的CPU，DX12依然能從中受益，至少在搭配強力顯卡的情況下是這樣的。



DX12、Mantle的對比及功耗測試
前面提到了AMD顯卡的Mantle及DX12性能，這裡就來單獨對比下吧。


搭配四核處理器的情況下，AMD的Mantle性能比DX12更高，雖然差距不是很大，但多個測試中都是要比DX12高一些。造成這個現象的原因可能有很多——Mantle驅動優化的更好、應用程序開發的更好或者是在已知平台上雙方合作的更好，到底是哪個原因還不好確定，不過可以說在AMD硬件上，Mantle的性能比DX12還要好一些。

雙核配置下的Mantle與DX12性能



另一方面，如果搭配雙核處理器，Mantle似乎就不能保持更好的性能了，R9 290X甚至在Mantle下比DX12性能更差一些，雖然差距同樣很小。

批處理時間，越低越好



如果深入分析下draw calls的批處理時間，DX12的性能也比Mantle API更好，Mantle批處理平均用時要比DX12多一半以上。

Mantle、DX11及DX12功耗測試



功耗測試中DX12及Mantle下的功耗都要比DX11要高，差距其實還是很明顯的，在DX12及Mantle的支持下，CPU不再是瓶頸，GPU則有更多機會全速運行，功耗自然要升高。



中等畫質下的測試
之前測試的結果都是Exrteme畫質下的，這裡測試的是Mid中等畫質。

雙核配置下，GTX 980依然是唯一一個受到雙核瓶頸影響的GPU



四核下性能測試



DX12與Mantle、DX11的對比



DX12的幀時間測試及總結
最後的測試是記錄DX12、DX11及Mantle下的幀時間對比。

GTX 980在四核CPU下的幀時間



R9 290X在四核CPU下的幀時間對比



不論是GTX 980還是R9 290X顯卡，DX11下的幀時間都要高於DX12下的，這意味著DX12性能比DX11高得多。而在AMD顯卡上，Mantle的幀時間表現跟DX12基本一致。


總結：
總結這裡就長話短說，DX12還沒有最終完成，相關的功能、開發者支持等還要等微軟在GDC 2015大會上公佈，這裡的測試還是初步的，是DX12的開始而非結束。

微軟和合作夥伴們希望設計一種跨硬件平台但依然底層的全新API，最終他們做到了，DX12在CPU效率及多線程上有著驚人的提升。



看來DirectX 12精彩可期。


來源：
http://anandtech.com/show/8962/the-d...dia-star-swarm
http://www.expreview.com/38788-all.html