Когда бы вы ни выполняли какую-либо задачу на своем ПК, будь то игры или общие задачи производительности, в системе всегда присутствует ограничивающий фактор. Этот ограничивающий фактор отвечает за определение потолка производительности вашего ПК в данной конкретной рабочей нагрузке. Эти ограничивающие факторы часто называют «узкими местами», и их невозможно избежать. В любом ПК в любой момент времени существует некий ограничивающий фактор или узкое место, которое ограничивает общую производительность вашего ПК. Гипотетически, если мы полностью удалим все узкие места из системы, то теоретическая производительность этой системы будет бесконечной, что, конечно, невозможно.
Наиболее распространенными узкими местами, влияющими на производительность в играх, являются видеокарта и процессор. Графическая карта является наиболее распространенной причиной узких мест в играх, за ней по распространенности следуют узкие места процессора. Узкое место — это не обязательно плохо, оно просто ограничивает производительность вашего ПК. Другие аппаратные компоненты, которые могут снизить производительность вашей системы, включают память и охлаждение. Да, даже кулер вашего процессора может стать узким местом в определенных сценариях.
Конечно, те, кто погружен в мир компьютерных игр, уже знакомы с узкими местами CPU и GPU. Интернет-форумы полны запросов об узких местах, и вы, возможно, даже сами время от времени задаетесь вопросом об узких местах. Но один из типов узких мест, который почти никогда не обсуждается, — это «узкое место в системе хранения данных», что означает, что именно ваше устройство хранения данных ограничивает производительность вашего ПК при определенной рабочей нагрузке. Microsoft DirectStorage — это прямое решение для устранения узких мест в системах хранения данных любого типа, чтобы игры могли перейти в следующую эру реализма и технологического прогресса.
Узкие места в системе хранения данных
Если узкие места CPU и GPU в большинстве случаев достаточно просты для понимания, то этого нельзя сказать об узких местах в системах хранения данных. Узкое место в системе хранения данных — это просто узкое место, вызванное вашим устройством хранения данных, то есть вашим конкретным жестким диском или SSD. В современных играх такие узкие места встречаются крайне редко, и на это есть простая причина. Поскольку жесткие диски уже несколько десятилетий являются основным средством хранения данных, разработчики игр всегда создавали свои игры с учетом использования жестких дисков. Даже игровые консоли до последнего поколения консолей PS5 и Xbox Series имели медленные механические жесткие диски.
Поскольку жесткие диски чрезвычайно медленны даже по сравнению с умеренно быстрыми твердотельными накопителями SATA, разработчикам приходилось придумывать обходные пути, чтобы медленная скорость жестких дисков не влияла на игровой процесс. Это привело к разработке игровых уровней с различными экранами загрузки, которые последовательно загружают всю сцену с интервалами, а не загружают их «на лету». В достаточно современных играх, таких как GTA 5 и Red Dead Redemption 2 с огромными открытыми мирами, это означало, что время загрузки на жестких дисках было заведомо долгим, даже длилось несколько минут. Это обходной путь, который используется во всех старых и современных играх, а также причина, по которой жесткие диски не влияют на игровую производительность ПК после полной загрузки уровня.
Как мы отметили в наше полное руководство по покупке SSD, нет заметной разницы в производительности игры между жестким диском и твердотельным накопителем. Даже молниеносно быстрые диски PCIe Gen 4 не дадут вам больше FPS, чем стандартный механический жесткий диск. Это происходит потому, что разработчики не ставят игры в зависимость от носителя информации во время игры, чтобы устранить накопители как потенциальное узкое место. Однако, как только мы попытаемся загрузить игру, история меняется, поскольку SSD намного быстрее загружают игры, чем жесткие диски. Это означает, что дополнительная скорость и производительность гораздо более дорогих SSD-накопителей остается на столе во время игры, просто потому что игры были разработаны с использованием жестких дисков. Именно эту проблему призван решить Microsoft DirectStorage.
Microsoft DirectStorage
API DirectStorage — это принципиально новая функция, которая позволит играм следующего поколения использовать преимущества чрезвычайно быстрых твердотельных накопителей ПК для значительного сокращения времени загрузки в играх и между ними. Это та же технология, которая в несколько урезанном виде присутствует в Xbox Series X. Названная Xbox Velocity Architecture, она представляет собой набор игровых технологий, которые помогают Xbox Series X эффективно использовать преимущества своего мощного аппаратного обеспечения для значительного сокращения времени загрузки и улучшения потокового отклика ресурсов в игре.
Одной из самых популярных особенностей новой PS5 и Xbox Series X является безумно быстрое время загрузки. Это связано с внедрением технологий, подобных Microsoft DirectStorage, которые используют преимущества своих чрезвычайно быстрых твердотельных накопителей для значительного сокращения времени загрузки в играх. Мало того, эти технологии позволяют беспрепятственно передавать ресурсы при переходе между уровнями в игре, как это было показано в предварительной версии новой игры Ratchet and Clank на PS5.
API DirectStorage призван привнести эту технологию на ПК и в конечном итоге привести игры к следующему поколению. Цель игр следующего поколения вполне очевидна из всех различных технических возможностей, которые заложены в новые консоли. Консоли PS5 и Xbox Series изобилуют технологиями, единственной целью которых является уменьшение и, в конечном счете, устранение экранов загрузки в играх. API DirectStorage позволяет избежать недостатков старых API хранения данных, поскольку способен обрабатывать гораздо больше одновременных запросов на данные и информацию из игр, что приводит к более эффективному использованию пропускной способности и, следовательно, более высокой скорости. Это позволяет сделать игры более масштабными и детализированными, используя то же оборудование, которое существует сейчас.
Необходимость DirectStorage
DirectStorage — это инструмент, необходимый нам для того, чтобы действительно вывести игры в новое поколение. Сегодня игры поражают своей графикой, плавной анимацией и впечатляющим геймплеем, но есть одна проблема, которую мы не можем решить уже несколько десятилетий, и это наличие экранов загрузки. Поскольку игры становятся все более масштабными, с огромными открытыми мирами и сотнями и тысячами активов, экраны загрузки становятся все длиннее и длиннее, а не наоборот. С увеличением времени загрузки мы фактически идем назад в этом отношении, вместо того чтобы двигаться вперед и устранять время загрузки. Как объяснялось ранее, наличие длительного времени загрузки и прерывистых экранов загрузки связано с присущими разработке препятствиями, которые возникают из-за использования медленных жестких дисков.
Даже при использовании сверхбыстрых твердотельных накопителей мы не в состоянии полностью устранить экраны загрузки в играх. Самые быстрые твердотельные накопители сегодня используют технологию PCIe Gen 4 и могут достигать теоретической максимальной скорости до 7 ГБ/с, однако они обеспечивают лишь несколько секунд преимущества во времени загрузки игр по сравнению с устаревшим жестким диском. Это связано с тем, что современные игры не в полной мере способны использовать преимущества огромной пропускной способности и высокой скорости твердотельных накопителей, представленных сегодня на рынке. Эту проблему призвана решить технология Microsoft DirectStorage.
Требования
Хотя на момент написания статьи официальные требования к Microsoft DirectStorage не были опубликованы, существуют некоторые предположения на этот счет. Во-первых, API Microsoft DirectStorage поставляется вместе с Microsoft DirectX 12 Ultimate, а это значит, что на момент запуска DirectStorage у вас должна быть установлена последняя сборка Windows 10. Это требование программного уровня, которое может быть легко выполнено большинством геймеров.
Второе требование для DirectStorage может быть немного сложнее выполнить. DirectStorage будет использовать преимущества одного из сверхбыстрых твердотельных накопителей NVMe и PCIe Gen 4, доступных сегодня на рынке. Это означает, что медленные твердотельные накопители SATA и старые жесткие диски просто не обладают достаточной пропускной способностью или скоростью, чтобы справиться с объемом данных, которые необходимо передать, когда в игру вступает DirectStorage. Для оптимальной производительности вам понадобится либо диск PCIe Gen 3 NVMe, либо еще более быстрый диск PCIe Gen 4, причем в обоих случаях есть несколько молниеносно быстрых вариантов. Наши рекомендации по 5 лучшим твердотельным накопителям PCIe Gen 4 также можно найти здесь.
Microsoft объяснила свой выбор протокола NVMe в сообщении блога о DirectStorage:
Устройства NVMe — это не только твердотельные накопители с чрезвычайно высокой пропускной способностью, но и аппаратные каналы доступа к данным, называемые очередями NVMe, которые особенно подходят для игровых нагрузок. Чтобы получить данные с накопителя, ОС отправляет запрос на накопитель, и данные доставляются приложению через эти очереди. Устройство NVMe может иметь несколько очередей, и каждая очередь может содержать множество запросов одновременно. Это идеально соответствует параллельному и пакетному характеру современных игровых рабочих нагрузок. Модель программирования DirectStorage, по сути, дает разработчикам прямой контроль над этим высоко оптимизированным оборудованием.
Кроме того, существующие API-интерфейсы хранения данных содержат множество «лишних шагов» между тем, как приложение делает запрос ввода-вывода, и тем, как запрос выполняется устройством хранения данных, что приводит к ненужным накладным расходам на запрос. Эти дополнительные шаги могут быть такими, как преобразование данных, необходимое во время определенных частей нормальной работы ввода-вывода. Однако эти шаги не требуются для каждого запроса ввода-вывода на каждом NVMe-накопителе на каждой игровой машине. При наличии поддерживаемого диска NVMe и правильно настроенной игровой машины DirectStorage сможет заранее определить, что эти дополнительные шаги не требуются, и пропустить все необходимые проверки/операции, удешевляя выполнение каждого запроса ввода-вывода.
По этим причинам NVMe является технологией хранения данных для DirectStorage и высокопроизводительных игровых IO следующего поколения.
Влияние на игры
Microsoft DirectStorage — это, вероятно, самый большой скачок вперед в играх с тех пор, как RayTracing в реальном времени и DLSS были представлены в серии RTX от Nvidia. На самом деле, многие энтузиасты считают, что DirectStorage будет соперничать с технологией Deep Learning Super Sampling от Nvidia по степени влияния на игры в будущем. DirectStorage принесет лучшую в своем классе технологию ввода-вывода на ПК и консоли, подобно тому, как DLSS делает это с технологиями рендеринга. В будущем будет уделяться гораздо больше внимания устранению любых экранов загрузки в играх и оптимизации загрузки ресурсов на лету, а не улучшению графической четкости на значительную величину.
Отчасти причина такого смещения акцентов объясняется необходимостью. Экраны загрузки и долгое время загрузки были ахиллесовой пятой многих потрясающих игр современности. Эти факторы отвлекают от идеального игрового процесса просто потому, что они не соответствуют графике и геймплею игры. Сегодня у нас есть впечатляющие игры с реалистичной графикой, такие как Red Dead Redemption 2 и Assassin’s Creed Valhalla, но даже у этих игр огромное время загрузки даже на игровых ПК высокого класса. Это снижает фактор погружения и не позволяет игре почувствовать себя по-настоящему next-gen.
Заключение
Microsoft DirectStorage API — это ответ на меняющийся ландшафт хранения и ввода-вывода данных в компьютерных играх. API DirectStorage нацелен на улучшение компьютерных игр в двух основных областях: сокращение раздражающего длительного времени загрузки в прошлом и создание условий для более детальной и обширной игры, чем когда-либо. DirectStorage — это расширение архитектуры Xbox Velocity Architecture от Microsoft, которая присутствует в консолях Xbox текущего поколения и позволяет системе использовать преимущества сверхбыстрого SSD, который присутствует в консоли, чтобы значительно сократить время загрузки и улучшить потоковую передачу ресурсов в игре. Аналогичная реализация присутствует в PlayStation 5 от Sony.
ПК-гейминг сейчас догоняет консоли в этом отношении, но у Microsoft есть ответ. С помощью современной машины с Windows 10 и быстрого диска NVMe API DirectStorage поможет значительно сократить время загрузки игр, а также улучшить общую стратегию разработки игр в будущем. Если раньше разработчикам игр приходилось вводить экраны загрузки и различные препятствия, чтобы учесть медленные диски, то с появлением DirectStorage этого больше не будет. Разработчикам игр больше не придется ограничивать свое воображение из-за медленных жестких дисков или старых твердотельных накопителей SATA, и игровая индустрия ПК действительно вступит в эру игр нового поколения.
