Быстрая загрузка и плавная навигация в играх давно являются целью разработчиков, но даже с учётом скорости современных SSD она пока остаётся недостижимой. Технология NVIDIA RTX IO, анонсированная в 2020 году, обеспечивает быструю загрузку и распаковку игровых ресурсов при помощи GPU, значительно повышая производительность ввода-вывода и снижая загрузку CPU, что позволит разработчикам создавать игры нового поколения с огромными, высоко детализированными мирами.

Источник изображений: NVIDIA

Традиционно данные с накопителя распаковываются при помощи центрального процессора в системную память, а затем отправляются на графический процессор. Эта система использует лишь часть возможностей скоростных твердотельных NVMe-накопителей c PCIe 4.0 и PCIe 5.0, что приводит к видимым задержкам при загрузке современных ресурсоёмких игр. Свежие игровые движки превзошли возможности традиционных API-интерфейсов хранения данных — требуется новое поколение архитектуры ввода-вывода.

NVIDIA RTX IO значительно увеличивает пропускную способность ввода-вывода, распаковывая сжатые данные непосредственно в память графического процессора с минимальным использованием ЦП. В результате количество задержек и зависаний сводится к минимуму, даже при использовании текстур высокого разрешения. Кроме того, благодаря сжатию без потерь, уменьшаются размеры загружаемых и установленных игр, что экономит место и ресурс твердотельных накопителей, а также повышает их производительность.

NVIDIA RTX IO основан на открытом стандарте сжатия при помощи графического процессора GDeflate, разработанном NVIDIA. Это позволяет каждому независимому поставщику оборудования добавлять поддержку технологии в свои драйверы, а разработчикам — внедрять её на нескольких платформах. Этот метод используется в Microsoft DirectStorage и в последних расширениях кроссплатформенных инструментов для работы с 2D- и 3D-графикой Vulkan.

Хотя RTX IO работает на всех современных графических процессорах NVIDIA с поддержкой DirectX 12, его производительность напрямую связана с возможностью распараллеливания задачи, а значит, с количеством ядер GPU. Время загрузки будет минимальным при использовании наиболее мощных графических процессоров и скоростных твердотельных накопителей.

В игре Portal: Prelude RTX функция NVIDIA RTX IO всегда включена. Её использование с помощью расширений Vulkan позволило снизить размер установки Portal: Prelude RTX на 44 % и увеличить скорость загрузки в пять раз.

В игре Ratchet & Clank: Rift Apart, выходящей 26 июля, Microsoft DirectStorage при помощи ускорения NVIDIA RTX IO используется для быстрой загрузки высококачественных текстур с высоким уровнем детализации при переходе между локациями.

В ближайшем будущем следует ожидать поголовного использования функции NVIDIA RTX IO во всех готовящихся к выходу играх.

Microsoft выпустила крупное обновление DirectStorage — API, позволяющего сократить время загрузки игр. Новый DirectStorage 1.2 обзавёлся поддержкой жёстких дисков, о которой Microsoft просили разработчики.

Источник изображения: Bram Van Oost / unsplash.com

Чтение данных с жёстких дисков производится через буферизацию — это позволяет компенсировать относительно продолжительное время поиска данных, тогда как DirectStorage обращался к файлам, минуя этот механизм, из-за чего HDD не подходили для предыдущих версий интерфейса.

Однако в новой версии разработчики добавили в DirectStorage поддержку HDD, благодаря чему графические процессоры получили возможность запрашивать данные у жёстких дисков напрямую, а сжатые игровые ресурсы теперь распаковываются на лету средствами GPU. Разработчики игр теперь также могут получать у ПК обратную связь и выяснять, что используется при распаковке ресурсов: центральный или графический процессор — это позволяет не допускать снижения производительности при использовании несовместимых алгоритмов сжатия.

С каждым крупным обновлением требования к оборудованию ослаблялись. Первоначально из накопителей поддерживались только NVMe, затем к ним добавились AHCI (SATA), теперь же настал черёд жёстких дисков.

Фэнтезийный ролевой экшен с открытым миром Forspoken от Square Enix стал первой игрой, получившей поддержку технологии Microsoft DirectStorage, которая значительно ускоряет загрузку игровых уровней при использовании твердотельных накопителей. YouTube-канал Compusemble провёл сравнение скорости работы в играх у SSD разных поколений в игре при использовании DirectStorage 1.1 — результаты получились интересными.

Источник изображения: Microsoft

Игры обычно сжимают игровые ресурсы для уменьшения занимаемого места на диске, а при запуске или загрузке уровней эти ресурсы распаковываются центральным процессором (CPU), и только потом попадают на видеокарту, что приводит к увеличению времени загрузки. Технология DirectStorage перекладывает операции по распаковке и загрузке игровых ресурсов сразу на видеокарту, снимая нагрузку с CPU и сокращая время загрузки игрового уровня.

Ниже приведены результаты тестирования технологии Microsoft DirectStorage 1.1 на трёх моделях SSD, относящихся к разным поколениям. В исследовании приняли участие накопители Adata XPG SX8200 Pro с интерфейсом PCIe 3.0, новый Samsung 990 Pro с PCIe 4.0 и неназванный SSD с PCIe 5.0 и передовым контроллером Phison E26.

Источник изображения: YouTube / Compusemble

Общее время загрузки семи игровых сцен/уровней Forspoken при использовании накопителя Adata XPG SX8200 Pro (PCIe 3.0) составило 13,838 секунды. Модель Samsung 990 Pro (PCIe 4.0) справилась с загрузками за 10,872 секунды, а SSD нового стандарта PCIe 5.0 продемонстрировал результат в 10,483 секунды. Таким образом, разница во времени загрузки между самым старым и самым новым поколениями SSD при использовании DirectStorage 1.1 составила всего три секунды.

Формально накопитель PCIe 3.0 оказался на 32 % медленнее модели PCIe 5.0. Однако в реальности для пользователя разница в быстродействии в загруженных сцен оказалась незаметной. И это несмотря на то, что SSD PCIe 5.0 обладают в четыре раза более высоким показателем пропускной способности по сравнению с PCIe 3.0. Иными словами, технология DirectStorage не только работает, но и уменьшает грань между различными поколениями SSD. Правда, только лишь в играх.

В прошлом году Microsoft выпустила технологию DirectStorage, которая позволяет видеокарте обращаться напрямую к накопителю при минимиальном участии центрального процессора. Это существенно ускоряет загрузку игр, но, как выяснили авторы немецкого портала PC Games Hardware, может вызывать снижение производительности на значение до 10 %.

Источник изображения: nvidia.com

На днях эффективность DirectStorage при загрузке была продемонстрирована на примере игры Forspoken — фактическая эффективность в каждом случае зависит от конфигурации машины, но результат очевиден. Однако на ресурсе PC Games Hardware решили оценить влияние DirectStorage на частоту кадров в проекте Square Enix, который первым получил поддержку этого решения. Для тестирования использовали систему с процессором Intel Core i9-12900K и видеокартой NVIDIA GeForce RTX 4090, а игру запустили в разрешении 4K. Для чистоты эксперимента испробовали один SSD с SATA и два — формата M.2, хотя модели не уточняются.

Источник изображения: tomshardware.com

Самой высокой частоты кадров удалось добиться с SATA-накопителем, а подключение M.2 привело к падению показателя на 10 %. Снижения производительности GPU при включении DirectStorage, возможно, и следовало ожидать, хотя трудно сказать, какие факторы оказали на этот эффект наибольшее влияние. К примеру, тестирование проводилось в разрешении 4K, и не исключено, что опыты в 1080p или 1440p показали бы более заметные расхождения. Следует учесть и фактор видеокарты: NVIDIA GeForce RTX 4090 обладает очень высокой производительностью — любопытно было бы взглянуть на результаты с более скромными моделями, а также с моделями от AMD и Intel.