برنامه مشترک مایکروسافت و انویدیا برای حذف کامل زمان بارگذاری در بازی های کامپیوتری

انویدیا در رویداد رونمایی محصولات جدید خانواد ه ی RTX 30، فناوری موسوم به RTX IO را هم معرفی کرد که ظاهرا تأثیر شگرفی بر دنیای بازی خواهد گذاشت. این فناوری با ادعای سرعت بسیار چشمگیر ذخیره و جابه جایی داده در کامپیوترهای شخصی معرفی شد که ظاهرا تأثیری شبیه به فناوری موجود در کنسول های نسل بعد خواهد داشت. مایکروسافت درادامه اطلاعات بیشتری از فناوری انقلابی منتشر کرد.

ردموندی ها در اطلاع رسانی جدیدشان، جزئیات فناوری SSD در کارت های گرافیکی را توضیح دادند. فناوری مدنظر آن ها آن چنان هم پیچیده و عجیب نیست. هر دو محصول ایکس باکس سری ایکس و فناوری RTX IO از API جدید مایکروسافت در DirectX موسوم به DirectStorage بهره می برند. مایکروسافت می گوید فناوری مذکور پس از رونمایی ایکس باکس سری ایکس به کامپیورهای شخصی می آید.

مایکروسافت در اطلاعیه ی جدید خود، جزئیات همکاری SSD و GPU را در فناوری آتی توضیح دادند که موجب افزایش سرعت درخورتوجه در بارگذاری بازی ها و حتی حذف زمان بارگذاری می شود؛ البته درنهایت برای بهره مندی از فناوری به درایو NVMe سریع نیاز خواهید داشت.

جنسن هوانگ، مدیرعامل انویدیا، در زمان رونمایی کارت های جدید و فناوری RTX IO گفت با استفاده از فناوری جدید، جهان های عظیم در بازی ها با سرعت بسیار زیادی بارگذاری می شوند و بسیار سریع می توان بازی را از همان محل قبلی ادامه داد. از دیدگاه او، فناوری جدید نقش مهمی در نسل بعدی بازی های ویدئویی ایفا خواهد کرد. همان طورکه می دانید، بارگذاری بسیار سریع یا آنی در کنسول های نسل بعد، یعنی ایکس باکس سری ایکس و پلی استیشن 5، هم جزو قابلیت های حیاتی محسوب می شود.

فناوری های DirectStorage و RTX IO چگونه کار می کنند؟

هوانگ می گوید بازی ها فرایند مدیریت فایل های سیستمی در PC را تا نقطه ی اوج زیر فشار گذاشته اند و DirectStorage با هدف مدیریت این فشار معرفی شد. قبلا پردازنده مرکزی هم زمان وظیفه ی فراخوانی اجزای بازی را از حافظه ذخیره سازی و فشرده سازی و عبور داده از بخش رم به کارت گرافیک را برعهده داشت. اندرو یونگ، از مایکروسافت، درباره ی دلیل پیاده سازی فناوری قبلی و کارسازنبودن آن در دوران درایوهای فوق سریع PCIe 4.0 NVMe می گوید:

بازی های نسل قبلی می توانستند اجزای بازی را در محدوده ی 50 مگابایت برثانیه جابه جا کنند که حتی در بلوک هایی با ابعاد کوچک تر 64 کیلوبایتی (اندازه ی کاشی بافت) تنها می توانست چند صد درخواست IO را در یک ثانیه جابه جا کند. با ورود درایوهای فوق سریع NVMe با ظرفیت های چند گیگابایت در ثانیه، بهره برداری از ظرفیت کامل درایوها به معنی ده هاهزار درخواست IO در یک ثانیه است. با درنظرگرفتن درایو 2/4 گیگابایت برثانیه ای ایکس باکس سری ایکس و همان بلوک های 64 کیلوبایتی، برای پرکردن پهنای باند باید بیش از 35 هزار درخواست IO در هر ثانیه فرستاده شود.

رابط های برنامه نویسی (API) کنونی بازی را به مدیریت و کنترل هریک از این درخواست ها در یک مرحله ملزم می کنند. این یعنی در هر مرحله، ابتدا درخواست ثبت می شود و سپس برای کامل شدن آن منتظر می ماند و درنهایت کامل شدن درخواست را مدیریت و کنترل می کند. فشار اضافی هریک از درخواست ها در بازی های سنتی و قدیمی آن چنان زیاد نبود؛ اما در شرایط کنونی و با جابه جایی هزاران درخواست IO، استفاده از روش های قبلی مانع از بهره برداری بهینه از پهنای باند درایوها NVMe می شود.

در دنیای کنونی بازی، با عنوان هایی با حجم بیش از 100 گیگابایت روبه رو هستیم که بافت هایی با حجم بسیار زیاد دارند. همچنین، درایوهای فوق سریع PCIe 4.0 SSD در بازار موجودند و پیاده سازی ساختار سنتی مبتنی بر CPU در آن ها باعث کاهش بهره وری و بازدهی سیستم می شود.

رشته های پردازنده ی مرکزی به دلیل ماهیت معماری باید پیش از انجام هر وظیفه، منتظر پایان وظیفه ی قبلی باشند. درمقابل، GPU می تواند چندین وظیفه را هم زمان اجرا کند. DirectStorage از همین مزیت پردازنده های گرافیکی استفاده می کند. در ساختار مذکور، درایوهای فوق سریع NVMe SSD امکان ارسال داده را به صورت مستقیم به حافظه های VRAM اختصاصی موجود در کارت گرافیکی دارند. درنتیجه، این فناوری باعث می شود تا واحد واسط از فرایند جابه جایی داده خارج و پردازنده برای انجام کارهای دیگر خالی شود.

یونگ می گوید DirectStorage ابزارهای متعددی دراختیار توسعه دهندگان قرار می دهد تا حداکثر بهره وری را از حافظه ببرند. او می گوید فناوری جدید موجب کاهش فشار اضافی هر درخواست روی NVMe می شود و درخواست های هم زمان IO را به صورت مستقیم به GPU ممکن می کند؛ درنتیجه، توسعه دهندگان کنترل بیشتری روی جزئیات IO دارند.

هوانگ در رونمایی RTX IO گفته بود که این فناوری رابط برنامه نویسی مناسب را برای بارگذاری سریع و ایجاد جریان داده به صورت مستقیم از SSD به GPU ممکن می کند. همچنین، خارج کردن داده ها از فشرده سازی بدون خسارت به داده ها در داخل GPU رخ می دهد. هنوز مشخص نیست آیا RTX IO قابلیت های بیشتری به توسعه دهندگان می دهد یا ادعاهای انویدیا تنها محتوایی بازاریابی و توضیح همان قابلیت های DirectStorage بوده اند. انویدیا قبلا هم تمرکز بازاریابی زیادی روی فناوری رهگیری پرتو و متصل کردن آن به کارت های RTX خود کرده بود. رهگیری پرتو حاصل فناوری Direct Raytracing API شرکت مایکروسافت بود؛ به همین دلیل، این فناوری در ایکس باکس سری ایکس و کارت ها گرافیکی Big Navi شرکت AMD مبتنی بر RDNA 2 هم دیده می شود.

نیاز به سرعت فراوان NVMe

مایکروسافت در پست اطلاع رسانی خود به وضوح نشان می دهد که برای بهره برداری از قابلیت های DirectStorage به درایو NVMe نیاز خواهید داشت. درایوهای NVMe مزیت های بسیار زیادی درمقایسه با نسل های قبلی دارند؛ ازجمله پهنای باند بسیار بیشتر از درایوهای مبتنی بر SAT. همچنین، NVMe Queues می تواند چندین درخواست IO را هم زمان مدیریت کند که درمجموع، آن ها را به ابزارهایی عالی برای مدیریت فشار کاری پردازنده ی گرافیکی در بازی های مدرن تبدیل می کند.

کاربرانی که قبلا برای خرید درایوهای NVMe هزینه های هنگفتی پرداخت کرده بودند، اکنون به راحتی می توانند از قابلیت های آن ها بهره مند شوند. قبلا تنها مزیت درایوهای مذکور جابه جایی فایل های حجیم در ویرایش ویدیوهای 4K و 8K بود. بازی های قدیمی در درایوهای NVMe درمقایسه با درایوهای مرسوم 2/5 اینچی SAT عملکرد چندان بهتری نداشتند. حتی درایوهای بسیار حرفه ای PCIe 4.0 مانند Crosair Force MP600 نیز تفاوت چندان زیادی برای کاربر ایجاد نمی کردند.

ظاهرا به محض اینکه DirectStorage به کامپیوترهای شخصی بیاید، بهره برداری از مزیت های بی شمار درایوهای NVMe را آسان تر می کند. مایکروسافت می گوید فناوری جدید در قالب معماری Velocity پاییز امسال با ایکس باکس سری ایکس به گیمرهای کنسول ارائه می شود و توسعه دهندگان بازی PC احتمالا در سال 2021 امکان بهره برداری از قابلیت را خواهند داشت. درنهایت، اگر رؤیای بازی هایی بدون زمان بارگذاری به حقیقت بپیوندد، منتظر ماندن برای عرضه ی فناوری به توسعه دهندگان ارزش خواهد داشت.