Середина июля ознаменовалась победой геймерского сообщества над корпоративным произволом: Microsoft объявила о добавлении поддержки DirectStorage API в Windows 10, хотя изначально новый программный интерфейс должен был стать эксклюзивом 11-й версии операционной системы. Почему могущественная корпорация пошла на уступки, какие преимущества обеспечивает данная технология и какое аппаратное обеспечение потребуется для ее использования? Давайте разбираться.
Microsoft сдалась: DirectStorage не станет эксклюзивом Windows 11
Анонс Windows 11 преподнес ПК-геймерам неприятный сюрприз. Как выяснилось, для установки новой операционной системы от Microsoft необходима материнская плата с поддержкой протокола Secure Boot и криптографическим модулем TPM 2.0, или же процессор, способный его эмулировать. Да и сам список поддерживаемых CPU оказался существенно ограничен: согласно официальным спецификациям, вам понадобится как минимум AMD Ryzen 2000 или Intel Core 8-го поколения (Coffee Lake). Столь жесткие системные требования оставляют за бортом множество достаточно мощных конфигураций прошлых лет, вполне неплохо чувствующих себя даже в современных AAA-играх.
На первый взгляд, особой проблемы в этом нет, ведь, согласно заявлению Microsoft, обновления для Windows 10 продолжат выходить вплоть до 2025 года, а значит, если производительность текущей машины полностью вас устраивает, то бежать в магазин за новым ПК или ноутбуком нет ровным счетом никакой необходимости: вы сможете спокойно обновиться как раз в тот момент, когда ваша платформа морально устареет. С другой стороны, существует немало альтернативных способов заставить людей переходить на новое железо или ПО, и в случае с геймингом лучшим стимулом является выпуск эксклюзивов.
Опыт продвижения операционных систем с помощью эксклюзивных игр у Microsoft уже имеется, притом не самый удачный. Когда в 2007 году состоялся релиз Windows Vista, ради популяризации новой операционной системы среди геймеров корпорация решила использовать свой главный козырь — культовую серию шутеров от первого лица Halo: порт второй части знаменитой фантастической эпопеи был выпущен эксклюзивно для Vista, а в «цифре» его можно было приобрести исключительно в Windows Marketplace. Чуть позднее к Halo 2 присоединился и другой перспективный проект — сетевой skill-based-шутер Shadowrun в киберпанк-фэнтезийном сеттинге, потенциально имевший неплохие шансы стать хитом и положить начало новой франшизе.
В те времена коварный план корпорации с треском провалился: сама Vista оказалась настолько неудобной, глючной и прожорливой, что никакие эксклюзивы не сумели повысить ее популярность в глазах геймеров. К тому же для Halo 2 и Shadowrun достаточно быстро вышли фанатские патчи, позволяющие запускать игры на компьютерах с Windows XP, ведь, поскольку все ограничения были искусственными, оба проекта прекрасно работали на предыдущей версии операционной системы.
Тогда Microsoft смирилась с поражением, подняв белый флаг. Уже следующий громкий релиз в лице порта Gears of War получил официальную поддержку «народной» ОС, а все прочие ограничения носили чисто технический характер: если игра выходила только на Vista, это было обусловлено сугубо объективными факторами вроде невозможности полноценной реализации DirectX API 10/10.1 на Windows XP.
Но проигранная битва не означает проигранную войну. Наученная горьким опытом, для продвижения Windows 11 корпорация решила сделать ставку не на эксклюзивные игры, а на эксклюзивные технологии. И 24 июня, в день официальной презентации новой ОС, в блоге Xbox появилась новость о том, что в скором времени DirectStorage API, реализованная в настоящее время лишь в игровых консолях Xbox Series X и Xbox Series S, станет доступна и на ПК. Но только на Windows 11.
Однако в Microsoft явно не учли бурю негодования и обоснованной критики со стороны как целевой аудитории, так и IT-экспертов: опубликованные системные требования буквально взорвали Интернет, никого не оставив равнодушным. В результате уже 16 июля в дев-блоге корпорации появился пост, в котором поддержка DirectStorage API была заявлена в том числе для Windows 10, притом начиная с отнюдь не самого свежего билда 1909, выпущенного еще в ноябре 2019 года.
И это, пожалуй, самая главная новость лета для любого ПК-геймера, в особенности же для поклонников AAA-игр с навороченной графикой. Ведь именно DirectStorage API позволит в полной мере раскрыть потенциал высокопроизводительных твердотельных накопителей, сделать загрузки уровней и локаций практически мгновенными и навсегда забыть о фризах, вызванных подгрузкой ассетов во время игры. И по иронии судьбы лучше всего прирост будет заметен на не самых новых компьютерах, попросту несовместимых с Windows 11.
Что такое DirectStorage API и как это работает?
DirectStorage API — это программный интерфейс, главной целью создания которого является ускорение передачи данных между NVMe SSD и видеокартой. В основе его работы лежат 3 базовых принципа:
- сокращение накладных расходов на обработку каждого запроса к накопителю;
- предоставление играм комплексного контроля над операциями ввода-вывода;
- оптимизация использования протокола NVMe.
Давайте посмотрим, как работает DirectStorage API, на примере загрузки и распаковки текстур. Сейчас это происходит следующим образом:
- сперва сжатые текстуры загружаются в оперативную память компьютера;
- затем их распаковывает центральный процессор;
- после этого подготовленные текстуры копируются в видеопамять.
«Бутылочным горлышком» в приведенной схеме оказывается связка CPU — RAM. В современных играх объемы ассетов выросли до невероятных размеров (если даже иные инди-проекты требуют не менее 4 ГБ видеопамяти, то что говорить о топовых AAA), в связи с чем старые принципы обработки текстур утратили свою актуальность: последовательная распаковка архива в несколько гигабайтов будет занимать непозволительно много времени, что приведет к многократному увеличению продолжительности загрузки локаций или появлению побочных эффектов в виде отрисовки окружения непосредственно в поле зрения игрока, если речь идет о бесшовном открытом мире.
Спасти ситуацию помогают параллельные вычисления. Если массив данных разбить на небольшие фрагменты, у нас появится возможность одновременно обрабатывать сразу множество из них и подгружать лишь те, которые требуются в данный конкретный момент времени. Однако при таком сценарии лавинообразно возрастает количество операций ввода-вывода, к тому же мы упираемся в ограниченные возможности современных процессоров, ведь даже самые быстрые из них, вроде Ryzen 9 5950X, способны обрабатывать лишь 32 вычислительных потока одновременно. А что, если мы имеем дело с сотней-другой фрагментов? В этом случае запросы будут выстраиваться в очереди, из-за чего мы вновь рано или поздно столкнемся с фризами.
Видеокарты подходят для подобных задач несравнимо лучше. Если современные топовые процессоры имеют лишь 8–16 производительных физических ядер, то видеочипы состоят из сотен и даже тысяч маломощных ядрышек, каждую секунду обрабатывающих миллионы пикселей и полигонов. Со сложными вычислениями такие «малютки» конечно не справятся, однако они прекрасно выполняют элементарные операции вроде той же распаковки сжатых текстур (кстати, именно по этой причине видеокарты используют для майнинга). Добавьте сюда быструю видеопамять, пропускная способность которой в разы превосходит возможности RAM, и мы получим практически идеальный конвейер, способный в полной мере раскрыть потенциал высокоскоростных NVMe SSD, которые как раз и заточены под многопоточные сценарии обработки данных.
Именно в этом и заключается суть технологии DirectStorage. Запакованные ассеты выгружаются из системной памяти непосредственно в VRAM, а их декомпрессией занимается уже не центральный процессор, а видеочип.
Такой подход позволяет существенно сократить время загрузки в тяжелых играх за счет многократного повышения производительности системы хранения данных вашего ПК, избавиться от фризов благодаря распаковке и подгрузке необходимых ассетов «на лету», а также дополнительно высвободить мощности CPU и использовать их для решения других задач (например, для обсчета ИИ виртуальных противников).
На каких компьютерах будет работать DirectStorage?
Поскольку изначально DirectStorage разрабатывалась под архитектуру Xbox Velocity Architecture, для имплементации этой технологии на ПК разработчикам Microsoft пришлось задействовать другие API и компоненты операционный системы. Так, для взаимодействия с твердотельными накопителями используется стек хранилищ Windows, а для управления видеокартой — компонент интерфейса программирования трехмерных приложений D3D.
В силу этого, чтобы воспользоваться всеми преимуществами DirectStorage API, вам понадобятся:
- материнская плата с поддержкой интерфейса PCI Express Gen 3 или выше;
- NVMe SSD, использующий четыре линии PCIe;
- видеокарта с поддержкой DirectX 12.
На самом деле перечисленные системные требования весьма демократичны. Судите сами. Первые материнские платы с PCI Express 3.0 появились на потребительском рынке еще в 2011 году, так что если у вас в принципе есть игровой компьютер, пусть и не самый новый, то первое требование уже выполнено. Что касается поддержки DirectX 12, то сегодня таковой могут похвастаться даже «затычки» уровня Radeon RX 550, не говоря уже о более производительных и современных видеоускорителях.
Необходимость покупки NVMe SSD также не является проблемой, ведь сегодня они практически сравнялись по цене с обычными твердотельными накопителями. Так, например, WD Blue SN550 от Western Digital стоит лишь на 10–15% дороже своих собратьев с интерфейсом SATA, при этом оказываясь в 4–5 раз быстрее.
Линейка накопителей WD Blue SN550 включает в себя четыре модели емкостью от 250 ГБ до 2 ТБ, выполненные в форм-факторе M.2 2280 и демонстрирующие производительность до 2600 МБ/с в операциях последовательного чтения и до 1950 МБ/с в операциях последовательной записи. На практике это означает, что даже при работе с объемными файлами на копирование каждого гигабайта информации будет уходить не более 0,6 секунды. Удивляться здесь нечему, ведь перед нами — полноценные NVMe SSD, использующие все 4 линии PCIe 3.0. Но почему же в таком случае они настолько дешевы?
Секрет кроется в производстве полного цикла. После приобретения SanDisk компания Western Digital начала самостоятельно выпускать не только чипы памяти, но и контроллеры для твердотельных накопителей. Отсутствие необходимости в закупке электронных компонентов у сторонних поставщиков как раз и помогло значительно снизить себестоимость конечной продукции.
Интересно, что, несмотря на впечатляющую производительность, WD Blue SN550 являются одними из самых «холодных» накопителей в своем классе: даже при работе под максимальной нагрузкой температура на чипе контроллера не выходит за пределы 62 °С, что полностью исключает появление троттлинга во время длительных игровых сессий и позволяет использовать такие SSD без дополнительного охлаждения.
Это становится особенно актуальным, если на вашей материнской плате отсутствует слот M.2. В этом случае вы все равно сможете полноценно использовать SN550 с помощью пассивного адаптера M.2 PCIe (для его установки понадобится свободный слот PCI Express 3.0 × 4). Организовать адекватное охлаждение накопителя в такой ситуации становится довольно затруднительно, особенно если в непосредственной близости от SSD располагается массивная видеокарта. Однако в случае с SN550 проблема как таковая отсутствует, ведь этот накопитель прекрасно обходится без радиатора.
Все перечисленное делает использование WD Blue SN550 наиболее доступным способом насладиться всеми преимуществами DirectStorage API даже на относительно устаревшем железе. Дело за малым: осталось лишь дождаться релиза обновления, добавляющего поддержку данной технологии в Windows 10.