DirectCompute开启Windows7 GPU运算大门

　　在Computex 2009（台北电脑展）期间，NVIDIA®（英伟达™）公司总裁/兼首席执行官黄仁勋与微软OEM业务总经理Murray Vince先后大谈CUDA技术，并演示了GPU在Windows 7系统中的DirectCompute应用，从而证明NVIDIA®（英伟达™）已经为DirectCompute做好准备。

图1 DirectCompute开启Windows 7 GPU运算大门

　一、什么是DirectCompute？

　　微软的DirectCompute是一种全新GPU计算应用程序接口（API），运行于NVIDIA现有的CUDA架构之上（Windows Vista 和 Windows 7），它与OpenCL一样，为开发人员提供了并行计算的API。当前的DX10 GPU以及未来DX11 GPU都能够支持DirectCompute。它让开发人员能够利用NVIDIA GPU的大规模并行计算能力，创造出引人入胜的消费级和专业级计算应用程序。

　　在2009年3月于美国加州旧金山举行的游戏开发者大会（GDC）上，NVIDIA率先展示了预定年底推出的DirectX11中的重要功能即关于并行计算功能的DirectCompute，NVIDIA展现的三款Demo运行于NVIDIA现有的CUDA架构上，Windows Vista和Windows 7皆适用。现有的DX10类GPU和未来DX 11的CUDA架构皆将支持DirectCompute，这让开发人员可以充分利用NVIDIA GPU的强大平行运算能力。（阅读更多）

 
图1 Windows 7 内置 DirectCompute

　　二、GPU运算大门已开启

　　在Computex 2009展会正式开始的前一天，黄仁勋先生向来宾及媒体记者发表了名为《GPU革命近在眼前》的演讲，在演讲中黄仁勋提到了GPU和微软新系统Windows 7之间的联系，在说到GPU的三大革命定义时，他深信“Windows 7势必将开启GPU运算的新时代”，并提出了GPU革命的三大定义：

　　1、GPU计算已经成为新的引爆点；
　　2、消费应用的并行处理需求；
　　3、CPU+GPU交互计算是最佳的构架。

　　黄仁勋在演讲中表示，在Windows 7中GPU将成为整个计算机的核心所在，因为在Windows 7中将会出现众多体现GPU运算的界面及工具——包括Windows 7的视觉体验及视频图形应用等等。（阅读更多）

视频：黄仁勋演讲

　　我们知道，下一代主流操作系统 Windows 7 的核心组成部分首次包括了GPU（图形处理器）计算，这也意味着GPU不再仅用于图形。在Windows 7中，CPU与GPU组成了协同处理环境。它们的分工是，CPU运算非常复杂的序列代码，而GPU则运行大规模并行应用程序。 因此，在Windows 7，CPU与GPU功能平衡，可以提供更快、更可视化的Windows 7体验。

　　而Windows 7中增添的最重要的一个组成部分，就是针对GPU支持的运算应用程序的DirectCompute API。这种API使用户可以享受非凡的视觉体验和互动体验，比如高质量视频、照片等娱乐方式、方便快速与设备互动、反应更快更灵敏的电脑、逼真的游戏效果等。DirectCompute在目前的两亿颗DirectX 10 GPU和未来的DirectX 11 GPU上运行良好。

　　三、Windows 7里最重要的API

　　微软OEM业务总经理Murray Vince在NVIDIA的展前演讲期间宣布，Windows 7系统将提供对GPU加速视频转码的原生支持，并和NVIDIA平台事业部总经理Drew Henry一起进行了演示。

　　进入Windows 7系统的资源管理器，Henry直接把1080p的《星际旅行》拖拽到索尼Walkman播放器里，转码过程就自动开始了。在基于离子平台的展示机上，转码只过了大约90秒钟便宣告完成，而在另一台使用Intel集成显卡、不支持加速的系统上，耗时长达六七分钟。

图3 GPU加速视频转码演示

视频：Murray Vince与Drew Henry

　　Vince随后解释说，这里利用了DirectX 11中的“DirectCompute”技术，它是“Windows 7里最重要的API”，与NVIDIA CUDA更是珠联璧合。

　　Windows 7改进的管理方式大大方便了对便携设备的操作，而原生支持GPU加速视频转码更是个好消息，无论对显卡厂商还是消费者。黄仁勋也连连称赞这是有史以来最重要的操作系统，还现场拥抱了Vince。（阅读更多）

 　　下一页，了解更多 DirectCompute 技术原理！

　　四、GPU运算工作原理解析

　　在Windows 7的协同处理环境下，CPU加上GPU，使各类应用或游戏的速度大大提升。先看以下两个图示：

　　1、主要运行序列代码的应用程序：如电子邮件、办公室应用程序（比如Word）、基本网页浏览等。在这种情况下，大部分应用程序处理工作由CPU进行，而GPU则将图像显示在屏幕上。

图4 序列代码运算

　　2、支持并行运算的应用程序：如视频播放、视频编辑、视频转换、3D网页浏览、电脑游戏等。在这种情况下，DirectCompute利用GPU的运算力量，大大提高了应用程序处理速度。

图5 并行运算

　　从电影、视频到Windows触摸体验，再到电脑游戏，NVIDIA®（英伟达™）GPU能够提供速度更快、更富魅力的Windows 7体验。

图6 “一片顶过去五片”

图7 速度更快、更富魅力的Windows 7体验

　　下一页开始，查看动人心弦的 DirectCompute 特性展示：

　　·DirectCompute 特性展示——多媒体篇

　　·DirectCompute 特性展示——触控篇

　　·DirectCompute 特性展示——游戏篇

　　五、DirectCompute 特性展示——多媒体篇

　　如今，许多电脑活动都是关于媒体制作、分享与观赏。安装了NVIDIA®（英伟达™）GPU的Windows 7将使这些活动更快、更便捷。让我们一起看看以下的各个演示。

　　Demo1. 播放高清视频更流畅，CPU占用率极低

　　Windows 7中的Windows Media Player和Windows Media Center增加了对H.264和Quicktime.mov.content高清播放的原生支持。Windows 7还增加了对由GPU支持的高清播放的in-the-box支持，可以流畅观看，同时CPU占用率很低。关于CPU占用率的例子是用Intel Atom CPU播放一段1080p的QuickTime电影片花，与安装了NVIDIA®（英伟达™）ION GPU，能够提供视频播放加速功能的相同配置。

图8 播放高清视频更流畅，CPU占用率极低

视频：播放高清视频（对比）

　　Demo2. 视频转码更简单，更快速

　　Windows 7增加了简单的拖放功能，可以将电脑中的视频直接转换到移动媒体播放器上。这一功能利用DirectCompute和安装了NVIDIA®（英伟达™）ION的电脑得以实现，与Intel Atom CPU相比，使用NVIDIA®（英伟达™）ION GPU转换视频的速度快了5倍。这个例子通过对DirectCompute的使用，很好地展现了GPU的运算能力，将其与Window7相结合，能为客户提供更快速的体验。对于一部完整的电影，与Intel Atom CPU相比，NVIDIA®（英伟达™）ION GPU可以节约6小时的转换时间。

　　在视频当中可以看到，转换后的手机视频与电脑中的高清视频，播放帧速是一致的，转换质量一流，播放起来也不会有延缓。

图9 视频转码更简单，更快速

视频：视频转码更简单，更快速

　　电脑用户希望能够享受更快速、更方便的视频体验。如今，许多最火爆的消费级应用程序都是为视频而设计的，这一切都是为了更快速、更方便的制作、观赏并共享高清视频。通过利用GPU的运算能力，这些体验的速度变得更快——让你有更多时间制作视频、享受视频，而花在等待上的时间则大大减少。这里展示的所有的应用程序都是为了改善视频体验而设计的，如果安装了NVIDIA®（英伟达™）GPU，它们的速度将会更快。以上展示了每个应用程序与使用CPU时相比速度提升的幅度。让我们仔细看一下其中几个……

　　Demo3. 轻松将手机视频变清晰——vReveal

　　MotionDSP的vReveal使用GPU自动为客户改善视频质量。点击一个按键，vReveal就可以将使用当今的手机、相机、便携式摄像机拍摄的摇晃不定、模糊不清的家庭视频变得清晰。vReveal源自执法部门和情报机关所采用的“犯罪现场调查”（CSI）风格的高科技，均由MotionDSP出品。

　　安装了NVIDIA®（英伟达™）GPU之后，这些CSI风格的视频质量改善功能就能得到实时应用。如果没有NVIDIA®（英伟达™）GPU，这一过程将变得非常慢，几近停滞。与Intel Atom CPU相比，使用NVIDIA®（英伟达™）ION GPU可将速度提升5倍。如果将NVIDIA®（英伟达™）GeForce（精视）GTX 280 GPU与Intel 四核Q6600 CPU相比，速度也快了5倍。

图10 轻松将手机视频变清晰

视频：轻松将手机视频变清晰

　　Demo4. 视频编辑快5倍——Power Director

　　Power Director 7是一个视频编辑软件，提供针对高清视频的端对端全程支持，包括输入、编辑和输出。使用GPU比使用CPU的转换速度快了5倍。例如，在一个简单的使用“钢笔墨水”效果的Power Director 7程序中，使用英伟达GeForce（精视）9600GT GPU的速度要比使用AMD Athlon 64 X2 5000+ CPU的速度快5倍。

图11 视频编辑快5倍——Power Director

视频：功能强大的Power Director

　　Demo5. 视频编辑快10倍——Super Loiloscope

　　Super Loiloscope 是一款非常便于使用的基于GPU的视频编辑软件，用户界面妙趣横生、非常直观。通过使用GPU，速度加快了10倍！

　　- NVIDIA®（英伟达™）GPU 提高了H.264解码、编码的速度
　　- NVIDIA®（英伟达™）GPU 提高了视频处理的速度（效果、合成、转换）
　　- NVIDIA®（英伟达™）GPU 提高了用户界面的速度

　　例子：对于mp4输出文件，使用NVIDIA®（英伟达™）GeForce（精视）GTX 260 GPU 比使用Intel Core 2 Duo E8200 CPU 的编码速度快了10倍。

图11 视频编辑快10倍——Super Loiloscope

视频：妙趣横生的视频编辑软件Super Loiloscope

　　Demo6. 标清变高清——ArcSoft TotalMedia Theatre

　　带有SimHD 插件的ArcSoft TotalMedia Theatre 能提升标准分辨率DVD的画质，使其接近Blu-ray品质。将视频分辨率从标准提升到高清是一项非常耗费运算功率的任务，只有最快的CPU才能实时完成。使用GPU 计算之后，就算是用最普通的CPU也能通过支持SimHD技术的Arcsoft TotalMedia Theatre进行高质量的分辨率升级操作。在运行的同时，不占用CPU的运算资源，从而使电脑保持快速响应，可以进行其他任务。例如，使用NVIDIA®（英伟达™）GeForce（精视）9600GT GPU比使用AMD Athlon X2 5000+ CPU速度快了12倍。

图12 标清变高清

视频：高质量的分辨率升级操作

　　Demo7. 图像处理更流畅——PhotoShop CS4

　　最后一个软件实例，通过使用NVIDIA®（英伟达™）GPU实现更快更流畅的操作，令Adobe Photoshop CS4能够更好地完成工作任务、加快运行速度，从而让照片编辑变得更加方便、更加直观，可以顺畅地进行摇镜头、缩放、旋转等操作，而没有停顿或滞后。

图13 图像处理更流畅

视频：图像处理更流畅

　　六、DirectCompute 特性展示——触控篇

　　Demo8. 从3D桌面到3D触控，更好的体验

　　NVIDIA®（英伟达™）GPU在提高3D界面速度方面享有盛名。Windows 7 Aero桌面也不例外，它基于DirectX 10 API设计而成，为Windows触摸体验而设计。从新的工具栏预览到Aero Peek、Flip、Snap、Shake等功能，NVIDIA®（英伟达™）GPU提供了灵敏的3D体验。同时，Windows 7也利用GPU将对内存的占用率降低了一半，因为这样就不必在系统内存中为每个窗口都保存第二个副本。这就可以将系统内存解放出来，可供其他应用程序使用，使电脑保持反应灵敏。

图14 更好的3D体验

　　多点触摸能力是Windows 7的核心功能，对于依赖GPU的部分虚拟度很高的新型应用程序（如Cooliris和Loiloscope）来说是最佳搭配对象。Cooliris可以实现3D方式浏览网页，现在加上Windows触摸体验之后，这一体验将更加逼真。通过Loiloscope可以进行妙趣横生的视频制作，用手指轻轻触碰即可实现各种效果。

图15 更好的触控体验

　　七、DirectCompute 特性展示——游戏篇

　　Demo9. 最炫的游戏体验

　　Windows 7是终极游戏平台。它是迄今为止最快的游戏平台，通过GPU运算，能够实现逼真的实时效果。让我们仔细看一下……GPU运算为电脑游戏带来了令人惊叹的逼真物理效果。通过在GPU上进行物理处理，游戏开发人员得以增加新的物理效果，如布、碎屑、可被破坏的环境、烟、火花、水等，并能够制作出更加真实的游戏体验。

图16 更真实的物理特效

　　将物理计算转移到GPU之后，这些逼真的效果的呈现速度比在CPU上运行时提高了500%。在6款支持全新物理特效的顶级电脑游戏中，速度提升了5倍。这6款游戏是：《终结者4：救世主》、《圣域2》、《镜之边缘》、《战争贩子》、《虚拟竞技场3》和《幽灵行动2：尖峰战士》。测试分辨率为1900x1200，分别在GeForce（精视）GTX 275 GPU 和物理计算转移到CPU上的同一台电脑之上进行（图形处理都是在GPU上进行）。

图17 使用GPU计算，比以往快5倍！

　　《终结者4：救世主》使用GPU进行实时物理运算，从而能够提供更加逼真的体验，为游戏增添令人惊叹的真实色彩。这张幻灯片列出了游戏中包含的所有物理效果。下面的示例展示了关掉物理运算和打开物理运算之间的对比。右边（打开物理运算）可以看到增添了烟雾、爆炸产生的碎片、布、火花以及其它内容！

图18 更逼真的游戏效果

视频：终结者4

　　《一舞成名》是很快将在中国推出的一款热门网络社区游戏，使用GPU运算来实现所有角色衣物的实时模拟。请欣赏下一张幻灯片中的模拟衣物（不再像从前的游戏中那么僵硬）。衣物随着人物的动作而动，很合体。并请欣赏最后结束时舞台上的模拟火花。

图19 Windows 7下比Windows XP快10%

视频：一舞成名

　　现在，大多数PC 游戏依然使用Windows XP（超过60%）。这一状况将发生改变。在多GPU的PC上，Windows 7是运行大型游戏效果更好的操作系统。9款热门电脑游戏的平均表现均可提高10%。因此，Windows 7中的NVIDIA®（英伟达™）多GPU SLI（速力）技术能够提供世界上速度最快的游戏体验。

　　这一数据是通过安装了英伟达GeForce（精视）GTX 285 SLI（速力）的电脑测算而得，运行参数1900x1200 4x/16x，运行的是以下游戏：《使命召唤5：世界战争》、《战争黎明2》、《深入敌后：雷神战争》、《F.E.A.R 2》、《孤岛惊魂2》、《超级房车赛：起点》、《半条命：第二章》、《生存之旅》、《镜之边缘》。

　　Demo11. 使用DirectCompute模拟动态海洋

　　这是NVIDIA®（英伟达™）用DirectCompute制作的示例，展现了模拟的动态海洋。这一难以置信的波浪翻滚是通过DirectCompute实现的，在GPU上运算快速傅里叶变换，从而使得示例栩栩如生。这一示例很好地展现了新型模拟技术，这将是GPU Computing为Windows 7下一代游戏带来的新型模拟技术。

图20 动态海洋

视频：动态海洋

　　（由于转换后的FLV视频的帧速较低，因此有略微的跳帧感；原视频其实非常流畅，编注。）

　　Demo12. 3D立体幻镜

　　Windows 7完全支持NVIDIA®（英伟达™）3D Vision，自动将电脑游戏转换成全实景3D效果。只需戴上那款时髦的眼镜，配上NVIDIA®（英伟达™）GPU和“3D Vision-Ready”显示器，就可以感受人物与环境栩栩如生的3D效果。3D立体幻镜TM在世界各地均得到了好评，包括一项最佳CES奖。 因为没有相应硬件，所以无法展示3D立体幻镜TM提供的真实体验。不过，下面这张幻灯片仍展示了部分栩栩如生的效果。

图21 3D立体幻境

图22 Computex 2009 会展上的试玩体验

视频：3D立体幻境

　　八、写在最后

　　综上所述，一旦拥有NVIDIA®（英伟达™）GPU，我们将能在Windows 7上体验更强大的多媒体功能、畅快无比的Windows触摸体验、以及无与伦比的游戏性能……

图23 NVIDIA®（英伟达™）GPU带给你无与伦比的体验

　　关于DirectCompute的应用实例并不只是上述演示的这些，在Windoews 7下所有对于GPU的应用，都可以归纳到DirectCompute的范畴内。Windows 7是未来的主流操作系统，相信通过NVIDIA®（英伟达™）微软的紧密合作，可以将DirectCompute的支持做到更好，同时也期待不久将来出现更多NVIDIA®（英伟达™）基于CUDA架构的DirectCompute应用。

　　（注：演示部分图文资料由NVIDIA提供）