Windows 7時(shí)代來(lái)臨：GPU應(yīng)用全面評(píng)測(cè)
[泡泡網(wǎng)顯卡頻道 2009年7月25日]千呼萬(wàn)喚使出來(lái)，在整個(gè)IT界活躍了兩年的微軟下一代操作系統(tǒng)Windows 7終于進(jìn)入了工廠壓盤(pán)、封裝階段,最終RTM版本也已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)上廣泛流傳。根據(jù)微軟的消息，Windows 7將于今年10月24日正式發(fā)布并公開(kāi)銷(xiāo)售。
和Windows Vista不同，Windows 7早在消息泄漏之前，就廣受外界以及用戶(hù)關(guān)注。早在Windows Vista發(fā)布后不久，業(yè)界就有消息傳出Windows Vista不過(guò)是微軟的一個(gè)過(guò)渡方案，下一代操作系統(tǒng)（當(dāng)時(shí)還沒(méi)有確定系統(tǒng)代號(hào)）才是微軟真正的重量級(jí)產(chǎn)品。
而現(xiàn)在，主流桌面級(jí)操作系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率也非常客觀的反映出了這個(gè)現(xiàn)象。在筆者之前發(fā)表的《用測(cè)試數(shù)據(jù)說(shuō)話!Win7適不適合玩游戲?》這篇文章中，特別對(duì)Windows Vista市場(chǎng)占有率反而還不足Windows XP這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了剖析，而相比起來(lái)，相同時(shí)間段的Windows 7顯然更受關(guān)注。
Windows 7給我們帶來(lái)了一系列的新技術(shù)，可以更好的發(fā)揮出計(jì)算機(jī)內(nèi)各種硬件的性能資源。正式因?yàn)槿绱?，在之前我們的測(cè)試文章中，各大游戲在Windows 7下的性能表現(xiàn)超越了Windows Vista。而微軟官方更是表示，奔騰2系列的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品都可以運(yùn)行Win 7，足以見(jiàn)得Windows 7對(duì)硬件的要求并不高，相對(duì)于Vista來(lái)說(shuō)，硬件資源得到了更好的利用和展現(xiàn)。
實(shí)際上，很多人在使用Windows 7感覺(jué)明顯比Windows Vista速度快，這跟操作系統(tǒng)本身的設(shè)計(jì)思想是很大的原因的。眾所周知，Windows 7之前的操作系統(tǒng)中的各種運(yùn)算都是完全基于CPU，而Windows 7中首次將GPU也作為了操作系統(tǒng)的核心組成部分之一，與CPU組成了協(xié)同處理的一個(gè)環(huán)境。
當(dāng)然，我們并不是說(shuō)CPU在新一代操作系統(tǒng)中不重要，根據(jù)微軟的說(shuō)法，Windows 7最大的改進(jìn)就是利用了CPU+GPU雙重威力，并進(jìn)行資源上的合理分配。CPU與GPU都是Windows 7的核心組成部分，GPU不再僅用于圖形。在Windows7中，CPU與GPU組成了協(xié)同處理環(huán)境。CPU運(yùn)算非常復(fù)雜的序列代碼，而GPU則運(yùn)行大規(guī)模并行應(yīng)用程序。 因此，安裝Windows7的電腦CPU與GPU功能平衡，可以提供更快、更可視化的Windows7體驗(yàn)。
上面的示意圖展示的是Windows7的協(xié)同處理環(huán)境（CPU+GPU）如何處理主要運(yùn)行序列代碼的應(yīng)用程序，如電子郵件、辦公室應(yīng)用程序（比如Word）、基本網(wǎng)頁(yè)瀏覽等。在這種情況下，大部分應(yīng)用程序處理工作由CPU進(jìn)行，而GPU則將圖像顯示在屏幕上。
而上圖展示的是Windows7的協(xié)同處理環(huán)境（CPU+GPU）如何處理需要并行運(yùn)算的應(yīng)用程序，如視頻播放、視 頻編 輯、視頻轉(zhuǎn)換、3D網(wǎng)頁(yè)瀏覽、電腦游戲等。在這種情況下，Direct Compute利用GPU的運(yùn)算力量，大大提高了應(yīng)用程序處理速度。
在Windows 7中，有非常非常多的應(yīng)用都直接利用到了GPU加速，比如Media Player可以直接使用GPU加速H.264高清視頻播放，使用GPU加速網(wǎng)頁(yè)上多媒體的瀏覽、甚至微軟最新發(fā)布的SilverLight 3.0也開(kāi)始支持了GPU硬件加速。
NVIDIA CEO黃仁勛表示：Windows 7是有史以來(lái)最重要的操作系統(tǒng)，因?yàn)镚PU首次成為操作系統(tǒng)的核心組成部分，正如你所知，GPU早已經(jīng)超越了圖形處理的范疇，在Windows 7操作系統(tǒng)中，CPU將與GPU形成協(xié)同處理環(huán)境，其中CPU運(yùn)算非常復(fù)雜的序列代碼，而GPU則運(yùn)行大規(guī)模并行應(yīng)用程序。
然而，Windows 7又是如何將GPU作為操作系統(tǒng)的核心組成部分之一的呢？——Direct Compute！
微軟的Direct Compute是一種全新GPU計(jì)算應(yīng)用程序接口，運(yùn)行于現(xiàn)有的CUDA/Stream架構(gòu)之上（Windows VISTA和Windows 7）。當(dāng)前的DX10 GPU以及未來(lái)DX11 GPU都能夠支持Direct Compute。它讓開(kāi)發(fā)人員能夠利用 GPU的大規(guī)模并行計(jì)算能力，創(chuàng)造出引人入勝的消費(fèi)級(jí)和專(zhuān)業(yè)級(jí)計(jì)算應(yīng)用程序。簡(jiǎn)單的說(shuō)，Direct Compute就是微軟開(kāi)發(fā)的GPGPU通用計(jì)算接口，欲統(tǒng)一GPU通用計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。DirectX 11中的重要特性Compute Shader就是基于Direct Compute之上。
正如你說(shuō)想的那樣，微軟在Windows 7中采用了這一項(xiàng)激動(dòng)人心的技術(shù)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，Direct Compute就是一個(gè)類(lèi)似于CUDA/Stream的GPU通用計(jì)算應(yīng)用程序接口，只有顯卡廠商支持這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，那么用戶(hù)就可以在Windows 7操作系統(tǒng)中，利用到這項(xiàng)技術(shù)。而微軟或者其他軟件開(kāi)發(fā)上也可以開(kāi)發(fā)出基于Direct Compute的應(yīng)用程序。
Compute Shader的最重要特性就是支持GPGPU通用計(jì)算，微軟提供HLSL語(yǔ)言對(duì)Compute Shader進(jìn)行支持。在這里我們舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明Compute Shader的優(yōu)勢(shì)：
由于GPU的API目的是為了3D設(shè)計(jì)，輸入的是材質(zhì)，而輸出的是圖像。如果一個(gè)程序員想要利用GPU的API進(jìn)行非3D設(shè)計(jì)，則需要將資料包裝成材質(zhì)，經(jīng)過(guò)一番處理之后，再讀取到計(jì)算后的資料。而DirectX 11可接受任意類(lèi)型資料（非材質(zhì)），并且可以不受圖形渲染流程的限制，隨時(shí)寫(xiě)入寫(xiě)出，這無(wú)疑為GPU的通用計(jì)算敞開(kāi)了大門(mén)。同時(shí)，Compute Shader還完全支持雙精度計(jì)算，可以更好的為科學(xué)計(jì)算提供服務(wù)。
為了讓大家更好的理解Direct Compute，NVIDIA特地給各大媒體提供了大量的演示視頻，包括使用Direct Compute進(jìn)行視頻轉(zhuǎn)碼、游戲加速、物理加速等等，下面是筆者隨便摘出來(lái)的一段視頻演示：
以上視頻展示的是Windows 7內(nèi)置的視頻轉(zhuǎn)碼工具應(yīng)用Direct Compute在瞬間完成轉(zhuǎn)碼任務(wù)的過(guò)程，大家從視頻中可以看到，利用Windows 7的內(nèi)置視頻轉(zhuǎn)碼工具，將普通的視頻轉(zhuǎn)換為Walkman支持的視頻格式，在幾秒鐘就可以完成，足以見(jiàn)得Direct Compute的威力。
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在GPU的強(qiáng)大支持下， Direct Compute利用簡(jiǎn)單的拖放就可以實(shí)現(xiàn)視頻轉(zhuǎn)換。
Direct Compute不僅讓視頻的轉(zhuǎn)換操作更加方便易行，而且利用GPU加速使得這一切操作變得更加快捷高效。實(shí)際上，Direct Compute在Windows 7上有非常非常多的應(yīng)用，比如視頻編輯、物理游戲加速等等。
前面我們主要講述了GPU在Windows 7操作系統(tǒng)下通用計(jì)算方面的應(yīng)用，但是對(duì)于絕大部分用戶(hù)來(lái)說(shuō)，一顆高性能的GPU最終還是想要獲得更好的3D性能。在之前我們推出的《用測(cè)試數(shù)據(jù)說(shuō)話!Win7適不適合玩游戲?》這篇文章中，就提到了在Windows 7下，絕大多數(shù)游戲的性能表現(xiàn)比在Vista下還好。
最近，NVIDIA頻繁的更新了驅(qū)動(dòng)程序，幾乎每一次更新都加大了對(duì)Windows 7操作系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)化，使得游戲性能一次一次的提升。現(xiàn)在，NVIDIA最新的驅(qū)動(dòng)程序版本已經(jīng)為190.38版，Windows 7 RTM也正式出爐，筆者本次利用最新的驅(qū)動(dòng)程序+最新版本的Windows 7操作系統(tǒng)，再一次驗(yàn)證了NVIDIA GPU在Windows 7操作系統(tǒng)下的表現(xiàn)。
這次測(cè)試平臺(tái)采用了中檔次的E8200搭配4GB內(nèi)存，測(cè)試顯卡包括NVIDIA目前熱門(mén)的9800GT、GTS250以及GTX260+，A卡方面有HD4870與HD4850，可分別和GTX260+、GTS250進(jìn)行性能對(duì)比（同級(jí)別產(chǎn)品），本想加入HD4830的測(cè)試，無(wú)奈手中暫時(shí)沒(méi)有HD4830顯卡，故取消。
需要注意的是，本次HD4870采用的是顯存容量為1GB、核心頻率為770MHz的版本，因?yàn)槭稚弦矝](méi)有公版的HD4870，并且Win7下催化劑9.7驅(qū)動(dòng)中的降頻功能無(wú)效，故只能采用該頻率。公版HD4870的規(guī)格為512MB 750MHz。
● 基準(zhǔn)性能對(duì)比測(cè)試：3DMark Vantage
3DMark Vantage在2008年四月底正式發(fā)布，全新的引擎在DX10特效方面和《孤島危機(jī)》不相上下，也是目前唯一的DX10理論測(cè)試軟件。
為了避免考驗(yàn)顯卡在3D狀態(tài)下的真正實(shí)力，故本次并沒(méi)有記錄3DMark Vantage的總分，而是記錄GPU子項(xiàng)目分?jǐn)?shù)。從測(cè)試結(jié)果可以看出，GTX260+領(lǐng)先HD4870 1GB，而GTS250小幅度遜色HD4850。
● 戰(zhàn)火 兄弟連：地獄之路
在《戰(zhàn)火兄弟連：地獄之路》這款游戲中，頻率、顯存容量均超過(guò)公版的HD4870表現(xiàn)出了很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，而GTS250領(lǐng)先HD4850。
● DirectX 9游戲測(cè)試：求生之路
《求生之路》和前面的《戰(zhàn)火兄弟連：地獄之路》情況差不多，HD4870小幅領(lǐng)先GTX260+，而GTS250領(lǐng)先HD4850，看來(lái)在Windows 7操作系統(tǒng)下，N卡的表現(xiàn)確實(shí)不可小視。
● DirectX 9游戲測(cè)試：最后的神跡
《最后的神跡》是近期評(píng)價(jià)比較高的一款DirectX 9游戲，在這款游戲中，N卡全面領(lǐng)先，性能非常不錯(cuò)，相信這其中很大程度上來(lái)自于驅(qū)動(dòng)程序的更新。
● DirectX 10游戲測(cè)試：鬼泣4
《鬼泣4》是一款難得的對(duì)硬件資源要求很低，且非常好玩的游戲，在這款游戲中，N卡再一次表現(xiàn)出了明顯的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，而且幅度還不小。
● DX10游戲測(cè)試：孤島驚魂2
《孤島驚魂2》雖然使用了部分10.1特效，但是在DX10模式下，不支持DX10.1的N卡表現(xiàn)并沒(méi)有受到任何影響，全面領(lǐng)先A卡,并且這款游戲?qū)τ布Y源要求也不是太高，9800GT級(jí)別的顯卡都可以流暢運(yùn)行。
● DX10游戲測(cè)試：《沖突世界》
《沖突世界》采用了自行研發(fā)的MassTech引擎，支持多種當(dāng)前的主流顯示特效，如容積云，景深效果，軟陰影等，光照系統(tǒng)也表現(xiàn)出色，尤其是半透明的容積云特效營(yíng)造出了十分逼真的戶(hù)外場(chǎng)景，物理加速結(jié)合體積光照渲染出了最逼真的爆炸效果。在這款游戲中，同樣是N卡全面領(lǐng)先。
《孤島危機(jī)》號(hào)稱(chēng)顯卡殺手，對(duì)顯卡的要求確實(shí)很高，為了保障游戲的流暢，本次測(cè)試我們采用1440×900分辨率，顯存容量和頻率都較高的HD4870表現(xiàn)不錯(cuò)，不過(guò)中端顯卡方面，GTS250就比HD4850強(qiáng)不少了，顯存容量很重要。
通過(guò)兩篇關(guān)于Windows 7下GPU應(yīng)用的文章，我們已經(jīng)基本了解了在新一代操作系統(tǒng)之下，GPU顯現(xiàn)出了前所未有的重要性，不僅僅是3D游戲方面性能有了很大的提升，而且在通用計(jì)算方面，Win7內(nèi)置的Direct Compute也讓GPU在非3D渲染時(shí)的性能得到利用，讓用戶(hù)真正意義上實(shí)現(xiàn)了以應(yīng)用為主要目的的投資。
毋庸置疑，Windows 7將會(huì)是繼Windows 95操作系統(tǒng)以來(lái)，最為出色的一款操作系統(tǒng)，筆者更認(rèn)為它將再度續(xù)寫(xiě)Windows 98以及Windows XP的經(jīng)典。這一次，不是UI界面的改變，不是穩(wěn)定性的提升，而是完全實(shí)現(xiàn)你硬件價(jià)值的一次偉大的進(jìn)步。
而圖形巨頭NVIDIA對(duì)Windows 7的支持也非常積極，之前的那一次測(cè)試我們還因?yàn)镹VIDIA沒(méi)有提供Windows Vista、Windows 7一體化驅(qū)動(dòng)程序而遺憾，現(xiàn)在NVIDIA也推出了Windows Vista/windows 7的一體化驅(qū)動(dòng)程序，并且PhysX驅(qū)動(dòng)也更新了版本，對(duì)Windows 7進(jìn)行了深度支持。
Windows 7操作系統(tǒng)的面世，不僅僅是微軟的一次大的進(jìn)步，而且GPU作為其核心組成部分，也必將帶動(dòng)并促進(jìn)GPU產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們從Windows 7操作系統(tǒng)上真正意義上看到了GPU在一套系統(tǒng)中的重要性，不管是消費(fèi)者、微軟還是GPU廠商，都將迎來(lái)歷史上一次新的曙光?！?
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