Microsoft hat mit dem DirectX 12 Agility SDK 1.722 Preview die bisher umfangreichste Überarbeitung seiner Raytracing-Schnittstelle seit 2018 vorgestellt. Das Update führt Clustered Geometry, Partitioned Top-Level Acceleration Structures und GPU-gesteuerte Aufbauten ein, um den Rechen- und Speicheraufwand in komplexen Spielwelten drastisch zu senken.
Das größte DirectX-Raytracing-Update seit 2018
Moderne Spielewelten verlangen Grafikkarten enorme Rechenleistungen ab, besonders wenn dynamische Lichteffekte und lebendige Umgebungen ins Spiel kommen.
Das Kernproblem der bisherigen Technik liegt in der Verwaltung von Beschleunigungsstrukturen. Jedes Mal, wenn sich ein Charakter bewegt oder neue Geometrie nachgeladen wird, musste das System diese Strukturen bislang von Grund auf neu erstellen. Das verbraucht wertvolle Rechenzeit und enorme Speichermengen, weshalb viele Spieler Raytracing bei anspruchsvollen Titeln lieber deaktivieren.
Microsoft begegnet diesen strukturellen Engpässen nun mit tiefgreifenden Änderungen im DirectX 12 Agility SDK 1.722 Preview.
Die Schnittstelle setzt direkt an den Kosten für die fortlaufende Aktualisierung von Raytracing-Daten an. Entwickler erhalten völlig neue Werkzeuge an die Hand, um die Last auf Grafikprozessoren spürbar zu verringern und Speicherressourcen effizienter zu nutzen.
Das Unternehmen hat parallel dazu das DirectX 12 Agility SDK 1.620 Retail veröffentlicht.
Diese Retail-Variante bringt unter anderem Partial Graphics Programs für die Shader-Wiederverwendung mit. Diese sind gegenwärtig auf Radeon-RX-7000- und RX-9000-GPUs beschränkt. Sie bringt zudem DirectX Dump Files zur Diagnose von GPU-Abstürzen.
Ein kompletter Neuaufbau der TLAS benötigt im Vergleich 2,88 Millisekunden, während gezielte Aktualisierungen bei 4.702 Instanzen den Wert auf 0,79 Millisekunden absenken.
Clustered Geometry und PTLAS als technische Antworten
Um den enormen Rechenaufwand einzudämmen, bringt die Vorschauversion drei wesentliche Neuerungen mit sich.
Die Funktion Clustered Geometry unterteilt komplexe dreidimensionale Modelle in handlichere Einheiten aus maximal 256 Dreiecken und 256 Vertices. Statt gesamte Strukturen bei jeder kleinen Änderung zu verwerfen, greift die Grafikkarte auf diese wiederverwendbaren Blöcke zurück.
Ergänzt wird dieses Prinzip durch Partitioned Top-Level Acceleration Structures (PTLAS), welche die Instanzen einer gesamten Szene auf räumliche Partitionen verteilen.
Auf diese Weise aktualisiert das System ausschließlich jene Bereiche, in denen sich tatsächlich etwas verändert hat, während ruhende Sektoren unangetastet bleiben.
Um sämtliche Instanzen nicht neu schreiben zu müssen, lassen sich oft bewegte Objekte einer globalen Partition zuweisen, während ganze Abschnitte umfangreicher Spielwelten im Ganzen verschoben werden können.
Zusätzlich steuert eine neue indirekte Schnittstelle den Aufbau komplett über den Grafikprozessor, was die CPU spürbar entlastet.
Leistungssprünge und Speichereinsparungen auf der Radeon RX 9070
Die theoretischen Effekte dieser Architektur zeigten sich eindrucksvoll in Microsofts internen Testläufen.
Microsoft introduces major DirectX Raytracing update, showing higher FPS and 90% lower memory usage 🔗https://t.co/5fgsF2WGZT pic.twitter.com/dNBkEoe8Uu
Bei einer Demonstration auf Basis einer AMD Radeon RX 9070 kletterte die Bildrate in einer komplexen Testumgebung von unspielbaren 1,2 Bildern pro Sekunde auf stabile 79 FPS.
Gleichzeitig schrumpfte der Zeitaufwand für die Generierung der notwendigen Beschleunigungsstrukturen von 788 Millisekunden auf lediglich 3,11 Millisekunden.
Auch beim Speicherbedarf meldet das Unternehmen massive Verbesserungen. Der Gesamtbedarf für die Beschleunigungsstrukturen sank im Beispiel von 7.519 MB auf 774 MB, was einer Einsparung von knapp 90 Prozent entspricht.
Die Dauer für den Aufbau der Strukturen durch den Grafikprozessor ging von 788 auf 3,11 Millisekunden zurück, während die Raytracing-Dauer von 72,6 auf 9,27 Millisekunden sank.
Zwar läuft das eigentliche Raytracing dabei geringfügig langsamer, was durch den schnelleren Aufbau jedoch mehr als ausgeglichen wird.
Für das gesamte DXR-1.2-Framework stellt Microsoft in besonders rechenintensiven Titeln einen kumulierten Performancegewinn von bis zu 40 Prozent in Aussicht.
Branchenkenner und Grafikingenieure betonen jedoch unisono, dass diese beeindruckenden Zahlen aus einem synthetischen Entwicklungsszenario stammen.
In kommerziellen Spielen dürften die Leistungszuwächse moderater ausfallen, da Bandbreiten und parallele Shader-Berechnungen den Gesamtdurchsatz deckeln.
Unterstützte Hardware und der Zeitplan bis zum Release
Ein großer Vorteil der neuen Entwicklung ist, dass laut Microsoft keine neuen und dedizierten Raytracing-Hardwarefunktionen auf dem Silizium nötig sind.
Die Vorschau läuft auf allen vorhandenen GeForce-RTX-Grafikkarten, den Modellen der Radeon-RX-9000-Serie sowie auf Intels Arc-B-Series und ausgewählten Core-Ultra-Grafikeinheiten.
Qualcomm plant zudem eine Unterstützung für den Snapdragon X2 im Laufe des ersten Halbjahres 2027.
Nvidia unterstützt die Funktionen über reguläre Treiber, während AMD und Intel spezielle Preview- beziehungsweise Beta-Treiber bereitstellen.
Für Radeon RX 6000 und RX 7000 gibt es bislang keine Zusage.
Nvidia hat zudem bereits einen ähnlichen Ansatz über RTX Mega Geometry in Gears of War: E-Day umgesetzt, auf den Microsoft als frühes Beispiel verweist.
Bereits im Rahmen von DXR 1.2 und früheren SDK-Versionen implementierte der Konzern Werkzeuge wie Opacity Micromaps (OMM) und Shader Execution Reordering (SER).
OMM optimieren teildurchlässige Geometrien und steigern die Bildrate um das bis zu 2,3-Fache.
SER sortiert divergierende Raytracing-Berechnungen dynamisch um, fasst homogene Shader-Aufgaben zusammen und ermöglicht Leistungsgewinne von bis zu 90 Prozent.
Dennoch müssen bestehende Titel erst durch Entwickler angepasst werden, um von den Optimierungen zu profitieren.
Da die zugrundeliegenden Funktionen derzeit an das Shader Model 6.10 geknüpft sind, welches sich in der Vorschau befindet, rechnen Marktbeobachter damit, dass erste kommerzielle Spiele mit nativer Unterstützung frühestens im kommenden Jahr im Handel erscheinen.
Ein fester Einzelhandelsveröffentlichungstermin für das vollständige DXR-Update steht bislang noch aus.
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