Το DirectX 12 αποκτά επίσημα Shader Execution Reordering για καλύτερο ray tracing

Η Microsoft ανακοίνωσε την επίσημη κυκλοφορία του Shader Execution Reordering (SER) ως μέρος του DirectX Agility SDK 1.619, που συνοδεύει το Shader Model 6.9 και το DirectX Raytracing (DXR) 1.2. Η τεχνολογία είχε παρουσιαστεί στο GDC 2025, όπου και παρέμεινε σε προεπισκόπηση (preview) μέχρι τώρα. Με τη νέα έκδοση, η υποστήριξή της γίνεται υποχρεωτική απαίτηση του Shader Model 6.9, δηλαδή τα προγράμματα οδήγησης (drivers) οφείλουν να αποδέχονται κώδικα shader που τη χρησιμοποιεί.

Το SER δεν είναι καινούργια ιδέα. Η Nvidia το εισήγαγε πρώτη με τις κάρτες RTX 4000 (Ada Lovelace) το 2022 ως αποκλειστική λειτουργία, και στις RTX 5000 (Blackwell) διπλασίασε την αποδοτικότητά του. Έκτοτε χρησιμοποιείται σε παιχνίδια με βαρύ ray tracing, ενώ αποτελεί βασικό στοιχείο του Unreal Engine 5. Με την τυποποίηση στο DirectX, η Microsoft ανοίγει την πόρτα για υιοθέτησή του και από άλλους κατασκευαστές GPU, ανεξαρτήτως αρχιτεκτονικής.

Τι επιλύει το SER

Στο ray tracing, η GPU εκτελεί χιλιάδες νήματα (threads) παράλληλα, που αναπαριστούν ακτίνες φωτός οι οποίες «χτυπούν» διαφορετικά υλικά και αντικείμενα σε κάθε σκηνή. Λόγω της τυχαίας φύσης αυτών των υπολογισμών, τα νήματα αποκλίνουν (divergence): κάθε ομάδα πρέπει να φορτώσει διαφορετικά δεδομένα, με αποτέλεσμα πολλά από αυτά να παραμένουν αδρανή. Το πρόβλημα δεν λύνεται προσθέτοντας περισσότερους πυρήνες RT, επειδή εντοπίζεται στο επίπεδο των shaders.

Το SER αντιμετωπίζει αυτό αφήνοντας τον shader κώδικα να δίνει «υποδείξεις» στο υλικό για το πώς να ομαδοποιεί παρόμοιες ακτίνες και να τις επεξεργάζεται παράλληλα με μεγαλύτερη συνοχή. Ταυτόχρονα, εισάγεται η έννοια του HitObject, που διαχωρίζει τη διαδρομή της ακτίνας (traversal) από το τελικό στάδιο σκίασης, επιτρέποντας πιο ευέλικτες υλοποιήσεις.

Μαζί με το SER, το DXR 1.2 τυποποιεί και τα Opacity Micromaps (OMM), μια τεχνολογία που μειώνει το υπολογιστικό κόστος σε αντικείμενα με διαφανείς υφές (π.χ. φύλλα δέντρων, γυαλί), παραλείποντας άσκοπους υπολογισμούς σε εντελώς διαφανή σημεία.

Αριθμοί: demo έναντι πραγματικών παιχνιδιών

Τα αριθμητικά στοιχεία που παρουσίασε η Microsoft προέρχονται από τεχνολογική δοκιμή (D3D12RaytracingHelloShaderExecutionReordering), διαθέσιμη δημόσια στο GitHub. Στη δοκιμή αυτή, RTX 4090 με SER ενεργό πέτυχε +40% καρέ ανά δευτερόλεπτο, ενώ κάρτες Intel Arc B-series κατέγραψαν έως +90%. Η ίδια η Microsoft επισημαίνει ότι τα νούμερα αυτά δεν πρέπει να αναμένονται αυτούσια σε πραγματικά παιχνίδια, όπου υπεισέρχονται πολύ περισσότεροι παράγοντες.

Για σύγκριση, σε υπάρχουσες υλοποιήσεις SER της Nvidia σε κυκλοφορημένα παιχνίδια, η βελτίωση από την Nvidia-ιδιόκτητη υλοποίηση κυμάνθηκε από +24% στο Indiana Jones and the Great Circle έως +39% στο Alan Wake 2. Στο Black Myth: Wukong η βελτίωση ήταν δραματικά μεγαλύτερη (+370%), γεγονός που αναδεικνύει πόσο εξαρτάται το αποτέλεσμα από τον τρόπο υλοποίησης ray tracing σε κάθε παιχνίδι.

Ποιες κάρτες γραφικών ωφελούνται

Πλήρη υλικό υποστήριξη SER διαθέτουν οι κάρτες Nvidia RTX 40 (Ada Lovelace) και νεότερες, καθώς και οι Intel Arc B-series (Battlemage). Οι κάρτες RTX 30 (Ampere) διαθέτουν μερική υποστήριξη, με μικρότερα αναμενόμενα οφέλη. Η AMD δεν έχει ενσωματώσει υλικό SER στις υπάρχουσες Radeon κάρτες, αν και μελλοντικές γενιές αναμένεται να το υποστηρίξουν.

Τι σημαίνει πρακτικά

Τα υπάρχοντα παιχνίδια δεν θα δουν αυτόματα βελτίωση. Το SER απαιτεί ενεργή τροποποίηση του rendering pipeline από τους προγραμματιστές, κάτι που σημαίνει ότι τα πρώτα παιχνίδια με DirectX SER θα φανούν σε μερικούς μήνες στην καλύτερη περίπτωση. Για όσους αναπτύσσουν σε Unreal Engine 5, η πορεία είναι πιθανώς ταχύτερη, καθώς η engine ήδη αξιοποιεί την Nvidia έκδοση SER.

Τι να προσέξουμε

Η τυποποίηση του SER στο DirectX αποτελεί σαφώς θετική εξέλιξη για το οικοσύστημα, αλλά το χρονοδιάγραμμα υιοθέτησης εξαρτάται από αποφάσεις που δεν ελέγχει η Microsoft: υποστήριξη από game engines, ετοιμότητα αναπτυξιακών ομάδων και ενσωμάτωση σε νέα παιχνίδια. Η AMD παραμένει εκτός υλικής υποστήριξης, γεγονός που σημαίνει ότι σημαντικό τμήμα της αγοράς GPU δεν θα δει τα μέγιστα οφέλη στη βραχυπρόθεσμη περίοδο. Επιπλέον, τα demo benchmarks έχουν ιστορικά τάση να υπερεκτιμούν τα κέρδη σε σχέση με πραγματικές συνθήκες παιχνιδιού.

Ως εκτίμηση: η ευρεία υιοθέτηση του DirectX SER σε παιχνίδια χρειάζεται τουλάχιστον 12 έως 18 μήνες για να γίνει αισθητή στον μέσο χρήστη, με πρώτα αποτελέσματα πιθανώς από τίτλους νέας ανάπτυξης παρά από patches σε υπάρχοντα παιχνίδια.

Πηγές

• Windows Central: PC gamers are about to get a free performance upgrade
• Microsoft DirectX Developer Blog: D3D12 Shader Execution Reordering
• TechSpot: DirectX just made shader execution reordering official
• VideoCardz: Microsoft SER delivers up to 90% higher performance on Intel Arc B-Series