DirectX 12 Ultimate kommt: Alle Informationen zu Raytracing von Microsoft, AMD, Nvidia und Sony (2024)

DirectX Raytracing v1.1, Variable Rate Shading, Mesh Shaders und Sampler Feedback: Wenn eine Grafikkarte diese Funktionen in Hardware beherrscht, kann sie sich mit dem Siegel "DirectX 12 Ultimate" schmücken. Dabei handelt es sich um eine konsequente Weiterentwicklung der verbreitetsten Schnittstellensammlung für Spiele. Wie bei jeder Evolutionsstufe von DirectX geht es auch bei DX12U darum, Entwickler mit Standards und somit Werkzeugen zu versorgen, um bestehende und kommende Hardware bestmöglich auszunutzen. PCGH fasst die Neuerungen in DirectX 12 Ultimate zusammen.

DirectX 12 Ultimate: Neue Features

Fast immer, wenn von "DirectX" gesprochen wird, meint man eigentlich Direct3D - jenen Teil der Schnittstellensammlung, der für Computergrafik verwendet wird. Direct3D12 ist exklusiver Bestandteil von Windows 10 (sofern man vom Fallback für Windows 7 absieht), daher verwundert es auch nicht, dass DirectX 12 Ultimate ein Bestandteil des kommenden Windows-Updates 20H1 ist. Ebenfalls traditionell ist, dass DX12U nicht durch sein bloßes Erscheinen alles verändert - es schafft neue Möglichkeiten, welche von den Spiele-Entwicklern implementiert werden müssen. Bei DirectX 12 Ultimate nimmt Raytracing einen großen Stellenwert ein, es standardisiert jedoch auch weitere spannende Funktionen, um Grafik hübscher und effizienter zu machen. Im Folgenden gehen wir aufgrund des recht technischen Inhalts nur kurz darauf ein. Wer sich für einen Deep Dive interessiert, klickt am besten die weiterführenden Links von und zu Microsoft an. Einige der in diesem Artikel verwendeten Grafiken stammen indes von Nvidia, welche gestern stolz verkündeten, dass sie für DX12U gerüstet sind.

DirectX Raytracing 1.1 (DXR Tier 1.1)

Das wohl wichtigste Feature in DirectX 12 Ultimate betrifft den für Echtzeit-Raytracing zuständigen Teil von DX, nämlich DXR. Diese Funktionssammlung befindet sich seit 2018 in der Version 1.0 und erhält nun ein Update auf Version bzw. "Tier" 1.1. Der Versionierung ist bereits zu entnehmen, dass das Rad nicht neu erfunden wurde, allerdings feilte man an dessen Rolleigenschaften. Das "Realtime" beim Realtime Raytracing ist allen Anstrengungen zum Trotz eine große Herausforderung, sodass man entweder seine Implementierung handoptimiert oder auf eine größere Flexibilität innerhalb von DXR hofft. Das ist mit DXR 1.1 geschehen: Die Anzahl der Rays pro Pixel (Casting) kann nun dynamisch erfolgen, auch die Nachverfolgung (Tracing) und das Shading sind nun flexibler kontrollierbar. Entwickler können nun ergo feingranularer entscheiden, wie viel Last sie den Raytracing-Kernen und beim anschließenden Shading auch den ALUs aufbürden.

Es geht folglich um Optimierung, nicht um das Erklimmen neuer Sphären. Indirekt führt perfekt optimiertes RTRT (Realtime Raytracing) dann aber doch zu besserer Grafik, denn wenn dynamisch - etwa bei schneller Action - Strahlen eingespart werden können, hat man Rechenzeit für eine Handvoll Rays woanders übrig oder kann andere Bildteile mittes RT aufwerten. Zusammen mit neuer Hardware, welche mutmaßlich große Schritte bei der RT-Ausführungsgeschwindigkeit machen wird, erwartet uns eine hübsche Spielezukunft. Nvidia gibt an, dass Turing RTX vollständig zu DXR 1.1 kompatibel ist, womit die Kalifornier Stand jetzt die einzige entsprechende Hardware am Markt haben. Die Unterstützung seitens AMD ist ebenfalls gesichert, denn die Radeon-Macher bewarben vor wenigen Tagen ihre kommende RDNA-2-Architektur mit DXR-1.1-Raytracing. Bis diese erscheint, vergeht jedoch noch ein gutes halbes Jahr.
Quelle: NvidiaDirectX 12 Ultimate kommt: Alle Informationen zu Raytracing von Microsoft, AMD und Nvidia (2)

Mesh Shaders

Beim Mesh Shading handelt es sich um ein von Nvidia eingebrachtes und bereits 2018 demonstriertes Feature, das Szenen mit sehr hoher Objektanzahl und extrem viel Geometrie, auch mittels Tessellation, flüssig ermöglichen soll. Das geht theoretisch schon lange, praktisch findet man sich aufgrund der fälligen Drawcall-Menge jedoch in einem harten CPU-Limit wieder. Direct3D12 erfährt daher einen Umbau innerhalb der Render-Pipeline bei den sogenannten Stages: Die alten Vertex/Hull Shader und der Domain/Geometry Shader werden durch Task Shader und Mesh Shader ersetzt. Nun kann man dem Grafikchip die (Ex-)Aufgaben des Prozessors aufbürden: Der Prozessor übermittelt lediglich eine Liste der zu zeichnenden Objekte an den Grafikchip (anstatt jedes einzeln) und dieser kümmert sich um den Rest. Mithilfe des hochparallel ausgeführten und GPU-gesteuertem Level of Detail und rasche Verwerfung (Culling) sollen wesentlich mehr Polygone möglich sein. Die Idee erinnert an AMDs 2017 implementierten, allerdings nie innerhalb von DirectX standardisierten Vorstoß mit Vega, die Primitive Shaders.
Quelle: NvidiaDirectX 12 Ultimate kommt: Alle Informationen zu Raytracing von Microsoft, AMD und Nvidia (4)Turing RTX alias Geforce RTX 20 ist laut Nvidia voll kompatibel zu Mesh Shading. Die Wahrscheinlichkeit, dass AMD Mesh Shading bei RDNA 2 alias Navi 2X unterstützen wird, schätzen wir als hoch ein. Wie es um Navi (1X) steht, können wir derzeit nicht sagen.

Variable Rate Shading

Auch Variable Rate Shading ist ein alter Bekannter - man kennt es auch als Nvidia Adaptive Shading - und auch hier dreht sich alles um adaptive, möglichst unauffällige Sparmaßnahmen. Denn obwohl die Anzahl der Rechenwerke und Instruktionen pro Sekunde stetig ansteigt, kann man niemals genug Leistung haben. Daher ist nicht nur effiziente Hardware gefragt, sondern auch clevere Software. Mit dem neu entflammten Interesse an virtueller Realität und den damit verbundenen hohen Anforderungen an das Grafiksystem wird verstärkt an Methoden geforscht, um die Last intelligent anzupassen. Variable Rate Shading (VRS) macht sich die Erkenntnis zunutze, dass im Grunde nicht das komplette Bild die volle Shading-Präzision benötigt, da der Spieler niemals alles fokussiert. Beispielsweise kann die Shading-Rate je nach Bedarf von "achtmal pro Pixel" bis "einmal alle 16 Pixel" reichen.

Nvidia nennt diverse Anwendungsszenarien für VRS, darunter Content Adaptive Shading (einfarbige oder komplett schwarze Flächen werden mit geringerer Präzision bedacht), Motion Adaptive Shading (reduzierte Präzision beispielsweise am Rand einer Rennstrecke bei schneller Fahrt) sowie gezielte VR-Optimierungen. Richtig gut funktioniert die Idee erst in Kombination mit Eye-Tracking, da die Anwendung dann weiß, was der Spieler fokussiert. Da der Eingriff nicht trivial ist, muss Variable Rate Shading explizit vom Entwickler ins Spiel integriert werden, doch dank DX12U geht dies nun einfacher.
Quelle: NvidiaDirectX 12 Ultimate kommt: Alle Informationen zu Raytracing von Microsoft, AMD und Nvidia (3)Variable Rate Shading gehört zu den wenigen Funktionen, welche derzeit nicht RTX-20-exklusiv ist: Auch die GTX-16-Reihe beherrscht VRS, was sich unter anderem in Wolfenstein 2/Youngblood sowie im 3DMark nachprüfen lässt. Von AMD fehlen entsprechende Schaltungen, die Radeon-RX-5000-Reihe beherrscht das Feature nicht. Was Navi 2X respektive RDNA 2 angeht, gilt die Unterstützung hingegen als gesichert: Microsoft bewirbt seine neue Xbox Series X mit dem Feature und AMD hat in einem eigenen Beitrag just klargestellt, dass RDNA 2 Unterstützung für DirectX 12 Ultimate bieten wird.

Sampler Feedback

Beim Sampler Feedback handelt es sich um das "technischste" Feature des DX12U-Quartetts. Dabei dreht sich alles um Texturen: Deren Streaming und Shading soll effizienter vonstattengehen, indem die einzelnen Mip-Map-Stufen mit höherer Genauigkeit behandelt werden. Bei Mip-Maps handelt es sich um Varianten jeder einzelnen Textur in geringerer Auflösung. Eine Mip-Map wird immer dann verwendet, wenn die volle Texturauflösung nicht benötigt wird - beispielsweise dann, wenn der Spieler eine detaillierte Wand aus weiter Entfernung sieht. Mip-Mapping reduziert somit Aliasing, kostet jedoch Speicher und muss verwaltet werden. Sampler Feedback im Zusammenspiel mit dem Feature Texture Space Shading (TSS) gibt Entwicklern, vereinfacht gesagt, Werkzeuge an die Hand, um die nötigen Schritte effizienter und vor allem verlässlicher zu handhaben, außerdem können Shader-Resultate wiederverwendet werden. Das spart Transferrate ("Speicherbandbreite"), steigert die Leistung und schont auch die Energiebilanz.
Quelle: MicrosoftSampler Feedback

Playstation 5 mit DirectX 12 Ultimate?

DirectX 12 Ultimate beschreibt eine Funktionssammlung innerhalb des Microsoft-Universums. Wer mit Microsoft zusammenarbeitet und alle weiteren Voraussetzungen erfüllt, kann sich folglich mit dem Siegel "DX12U compliant" schmücken. Sony, Microsofts ärgster Widersacher im Konsolenbereich, zählt nicht dazu. Da AMD jedoch nicht nur Microsoft, sondern auch Sony mit einem Semi-Custom-SoC beliefert, welcher das volle RDNA-2-Featureset mitbringt, ist im Grunde auch die Playstation 5 zu DirectX 12 Ultimate kompatibel - die Hardware kann es und wird die Funktionen auch ausspielen, wenngleich die exakte Software-Umgebung fehlt. Was das PC-Universum angeht, hatten wir den Status quo bereits angerissen: Derzeit ist nur Nvidia mit der Geforce-RTX-20-Reihe voll kompatibel zu DirectX 12 Ultimate. Weder Pascal noch Navi (1X) können das von sich behaupten, dabei handelt es sich "nur" um DX12-Chips. Die finale Bestätigung für DirectX 12 Ultimate für AMDs kommende Navi-2x-Generation lieferte AMD just nach: RDNA 2, gegen Ende des Jahres in den neuen Konsolen und Desktop-Grafikkarten zu finden, unterstützt DirectX 12 Ultimate, ergo alle genannten Features.

DirectX Developer Day mit AMD, Nvidia & Co.

Während Sie diese Zeilen lesen, startet Microsoft einen Livestream zum DirectX Developer Day. Mit dabei sind große DirectX-Partner -und Voranbringer wie Nvidia und AMD, die im Bezug auf die Grafik-Schnittstelle DirectX einen Ausblick auf die nächste Generation der Grafik geben. Der Talk von Nvidia hört auf den Namen: "Der neue Standard für Next-Gen-Spiele". Es ist mehr als unwahrscheinlich, dass der Hersteller in diesem Rahmen eine neue Geforce-Architektur (Ampere) vorstellt. Dennoch ist es möglich, dass man hier zumindest einen ersten Ausblick auf die Zukunft bei Nvidia erhält.

Auch AMD ist heute Abend mit an Bord und spricht über DirectX Raytracing befeuert von der hauseigenen RDNA-2-Hardware, die man bislang noch nicht in Aktion gesehen hat. Auch hier sollte niemand konkrete Spezifikationen oder Termine erwarten. Dennoch könnte ein Ausblick auf AMDs kommende Grafikgeneration für den Desktop möglich sein. Pünktlich zum Livestream veranstaltet das Team von PC Games Hardware einen Liveticker, der minütlich aktualisiert wird und die wichtigsten Informationen übersetzt zusammenfasst. Der Livestream kann direkt bei Mixer verfolgt werden.

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