在Windows 10 Version 2004中，開發(fā)團(tuán)隊(duì)給系統(tǒng)新增了一個(gè)名為“硬件加速GPU計(jì)劃”的選項(xiàng)，它隱藏在“顯示設(shè)置-圖形設(shè)置”中，作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的選項(xiàng)提供。對于這個(gè)選項(xiàng)，微軟官方在之前并沒有做太多的解釋，我們也就是道聽途說認(rèn)為它可以減低顯示延遲什么什么的。

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在上個(gè)月末，終于有官方人員對這個(gè)選項(xiàng)進(jìn)行了完整的解釋，本文就根據(jù)官方的這篇博文，講講這個(gè)全新的硬件加速GPU計(jì)劃選項(xiàng)的具體工作原理和作用，并整合了多家媒體的測試數(shù)據(jù)，看看它起的作用大小。

“硬件加速GPU計(jì)劃”

官方把Hardware-accelerated GPU scheduling這個(gè)詞翻譯成了硬件加速GPU計(jì)劃，實(shí)際上在這里scheduling翻成“調(diào)度”能夠讓更多人明白它的意思，這也是比較有微軟風(fēng)味的翻譯了。

回歸正題，要說到GPU調(diào)度管理，我們就先要了解一下WDDM GPU調(diào)度器是什么。

WDDM GPU調(diào)度器與命令緩沖隊(duì)列

從NT 6開始，微軟給Windows引入了一套新的顯示驅(qū)動(dòng)模型，也就是我們現(xiàn)在所熟知的Windows Display Driver Model，簡稱WDDM。在WDDM出現(xiàn)之前，應(yīng)用程序可以直接把任務(wù)提交到GPU，當(dāng)時(shí)系統(tǒng)只有一個(gè)全局的任務(wù)隊(duì)列，嚴(yán)格按照先到先執(zhí)行的原則進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度。鑒于當(dāng)時(shí)用到GPU的場景基本上就是全屏游戲或者專業(yè)用途的渲染什么的，這種方案也沒出什么問題，被沿用了很多年。

現(xiàn)在很多程序都會(huì)調(diào)用GPU

到了應(yīng)用程序開始普遍利用GPU加速的年代，比如說Windows要直接用GPU加速整個(gè)UI界面的渲染了，那么再用這個(gè)全局任務(wù)隊(duì)列就會(huì)有問題，比如渲染系統(tǒng)界面的任務(wù)前面排了一個(gè)其他程序提交的任務(wù)，那么GPU會(huì)先處理掉那個(gè)任務(wù)再回頭來處理系統(tǒng)的需求，這會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)UI的卡頓。為了妥善地安排GPU工作的優(yōu)先級，勢必需要一個(gè)新的任務(wù)調(diào)度器，由它負(fù)責(zé)安排GPU任務(wù)的工作優(yōu)先級。

那么WDDM就引入了那么一個(gè)任務(wù)調(diào)度器，它以高優(yōu)先級線程的形式一直運(yùn)行在CPU上，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、優(yōu)先處理和調(diào)度各種應(yīng)用程序提交的工作。從Vista上面的WDDM 1.0到Windows 10 Version 2004的WDDM 2.7，官方一直都在加強(qiáng)這個(gè)調(diào)度器的功能。但這種管理方式存在有一定的限制，主要體現(xiàn)在提交會(huì)有額外開銷和任務(wù)達(dá)到GPU有一定的延遲時(shí)間，不過這些限制在實(shí)際中都被傳統(tǒng)圖形應(yīng)用的渲染緩沖隊(duì)列給掩蓋了。

緩沖用來存放提前準(zhǔn)備好的渲染命令等等內(nèi)容，在GPU渲染當(dāng)前幀的時(shí)候，CPU已經(jīng)在準(zhǔn)備下一幀、下下幀乃至之后的更多幀數(shù)了。這種方式能夠保證CPU與GPU之間的良好執(zhí)行并行性，也可降低整體的性能開銷，是現(xiàn)在很常見的GPU調(diào)用方式。同時(shí)為了降低頻率提交渲染命令帶來的額外性能開銷，一般應(yīng)用程序會(huì)提前準(zhǔn)備好多幀的內(nèi)容一起發(fā)送到隊(duì)列中。這里產(chǎn)生了問題，緩沖的幀數(shù)越多，用戶能夠感受到的延遲越高。

題外話，NVIDIA和AMD兩家在去年都已經(jīng)在驅(qū)動(dòng)層面提供了對緩沖隊(duì)列深度的控制，通過降低緩沖隊(duì)列的幀數(shù)來實(shí)現(xiàn)降低延遲這一目的。

但如果想減少緩沖隊(duì)列的深度來降低延遲，又會(huì)造成提交開銷增加，影響到性能。這兩者之間是一個(gè)權(quán)衡關(guān)系，程序可能以更高的頻率每次提交更少的幀數(shù)來降低延遲，又可能以較低的頻率每次提交更多的幀數(shù)來減少額外的調(diào)度、提交開銷。所以，微軟決定修改其顯示驅(qū)動(dòng)模型的基礎(chǔ)架構(gòu)，引入了“硬件加速GPU計(jì)劃”。

把任務(wù)調(diào)度交給專用硬件

Windows 10 Version 2004中引入的新選項(xiàng)就是允許系統(tǒng)將絕大多數(shù)的調(diào)度任務(wù)交由GPU專有的硬件調(diào)度器去做，Windows將繼續(xù)控制程序調(diào)用GPU的優(yōu)先級，但高頻任務(wù)將會(huì)交由GPU的調(diào)度處理器進(jìn)行管理，它負(fù)責(zé)各種GPU引擎的量子管理和上下文切換。

在NVIDIA的官方說法中，新的選項(xiàng)就是允許GPU直接管理它自有的內(nèi)存，也就是顯存，在此之前，顯存是交給系統(tǒng)來管理的。

要啟用這個(gè)新調(diào)度方式有兩個(gè)先決條件，一個(gè)是需要硬件支持：它需要GPU自身有專有的處理調(diào)度任務(wù)的硬件模塊，另一個(gè)是驅(qū)動(dòng)支持：系統(tǒng)需要一個(gè)符合WDDM 2.7標(biāo)準(zhǔn)的顯示驅(qū)動(dòng)。當(dāng)你的驅(qū)動(dòng)和硬件都支持時(shí)，系統(tǒng)設(shè)置里才會(huì)出現(xiàn)這一選項(xiàng)。另外，引入新的調(diào)度方式對驅(qū)動(dòng)模型有一個(gè)重大且根本性的改變，在某些時(shí)候、某些場景下它可能會(huì)產(chǎn)生不可知的效果，因此微軟將其作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的選項(xiàng)，默認(rèn)情況下是關(guān)閉掉的。目前開發(fā)團(tuán)隊(duì)還在比較兩種調(diào)度器之間的性能差異，同時(shí)也在監(jiān)控新調(diào)度器的可靠性，未來這個(gè)選項(xiàng)可能會(huì)在支持的硬件上變?yōu)槟J(rèn)開啟狀態(tài)。

目前支持這一特性的GPU有NVIDIA的Pascal GPU和Turing GPU、AMD的RDNA GPU，Intel那邊的情況不明。

實(shí)際測試：對高端平臺(tái)影響不大

好了，說了那么多，我們還是來看看這項(xiàng)功能在實(shí)際中的表現(xiàn)吧，我們找來了Tom's Hardware和Wccftech兩家媒體的測試數(shù)據(jù)(以下圖片來自于Tom's Hardware和Wccftech)。

Tom's Hardware這邊使用了三套測試平臺(tái)，分別是Core i9-9900K+RTX 2080 Ti、Ryzen 9 3900X+RTX 2080 Ti和Core i9-9900K+GTX 1050。從五款游戲的測試結(jié)果來看，基本上沒有用戶可感知的區(qū)別。

Wccftech選擇了Core i9-9900K+RTX 2080 Ti/GTX 1650 SUPER這樣兩套平臺(tái)，在RTX 2080 Ti上面啟用硬件調(diào)度的性能變化并不明顯，但是在GTX 1650 SUPER這樣一張主流級顯卡上面則是出現(xiàn)了明顯的提升。其原因，如果按照NVIDIA方面的說法來解釋，那就是由GPU直接管理顯存在效率上帶來了一定的提升。也許，這項(xiàng)功能會(huì)為很多主流級平臺(tái)帶來可觀的免費(fèi)性能增幅，而對高端平臺(tái)來說，影響是微乎其微的。

總結(jié)：仍需時(shí)日完善的好技術(shù)

所以，“硬件加速GPU計(jì)劃”實(shí)質(zhì)上是一項(xiàng)對Windows圖形架構(gòu)影響較大的新技術(shù)，它需要新硬件和新驅(qū)動(dòng)的支持才能夠?qū)崿F(xiàn)，能夠?yàn)槠脚_(tái)帶來一定的性能提升。但目前它仍然處于測試狀態(tài)，GPU廠對它的支持仍然算是剛剛可以用的狀態(tài)，還需要官方進(jìn)一步的優(yōu)化和完善它。這也是微軟為次世代圖形應(yīng)用對系統(tǒng)做出的改變，為了盡可能的降低延遲，讓系統(tǒng)跟上時(shí)代的發(fā)展。它是一項(xiàng)好技術(shù)，但仍然還有很長的一段路要走。