فناوری DirectML چیست؟ سلاح مخفی ایکس باکس برای شکست پلی‌استیشن ۵

فناوری DirectML چیست؟ سلاح مخفی ایکس باکس برای شکست پلی‌استیشن ۵

اگر کنفرانس اخیر AMD و رونمایی از کارت‌های گرافیک جدید رادئون سری ۶۰۰۰ را مشاهده کرده باشید، پس از کنفرانس شاهد نکته‌ی ظریفی بودیم که شاید بسیاری توجه چندانی به آن نداشتند. پس از اتمام کنفرانس، مایکروسافت طی توئیتی به AMD تبریک گفت و بیان کرد:

به AMD برای معرفی پردازنده‌های گرافیکی سری Radeon RX 6000 تبریک می‌گویمم. ما بسیار خوشحالیم که همکاری ۱۵ ساله‌ی خود را با ورود به نسل بعدی ادامه می‌دهیم. و همچنین مفتخریم که بگوییم ایکس باکس سری ایکس و اس تنها کنسول‌هایی خواهند بود که با RDNA 2 کاملا یکپارچه و هماهنگ هستند.

اما تیم ایکس باکس از یکپارچه‌سازی کامل RDNA 2 در کنسول‌های این شرکت چه منظوری داشت؟

به‌تازگی نیز اخیرا دیوید کیج موسس استودیو کوانتیک دریم و سازنده‌ی بازی‌های Heavy Rain و Beyond: Two Souls و Detroit: Become Human طی مصاحبه‌ای به تمجید یکی از قابلیت‌های کنسول‌های ایکس باکس و برتری آن‌ها در آینده پرداخت. اما پیش از بیان آن دیوید کیج، ابتدا لازم است برخی موارد را مرور کنیم.

API گرافیکی چیست؟

اگر به دنیای کامپیوتر علاقه داشته باشید، احتمالا با نام رابط برنامه‌نویسی نرم‌افزار کاربردی یا Application Programming Interface (به اختصار API) برخورد داشته‌اید که ابزاری است که فرایند ساخت گرافیک را در تمامی بخش‌های کامپیوتر، آسان می‌کند. امروزه استفاده از API برای سازندگان سخت‌افزار‌های گرافیک رایانه‌ای، یک ضرورت اجتناب ناپذیر است؛ چرا‌که برنامه‌نویس‌ها با وجود اینکه نیاز به استفاده مستقیم از سخت‌افزار‌های ویژه‌ای مثل کارت‌های گرافیک دارند، باید به این سخت‌افزار‌ها دسترسی مجازی هم داشته باشند. به واسطه‌ی API موتور‌های گرافیکی و برنامه‌نویسان می‌توانند به‌صورت مستقیم با سخت‌افزار در تعامل باشند و نیاز‌های خود را به بهترین شکل و البته بهینه‌ترین حالت ممکن برطرف کنند. 

از مطرح‌ترین API‌های حال حاضر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • دایرکت ایکس ۱۲
  • OpenGL
  • ولکان (Vulkan)
  • متال (Metal)

اهمیت API گرافیکی در حدی است که تفاوت خروجی قابل توجهی روی سخت‌افزاری مشابه را رقم می‌زند. برای مثال می‌توان به بازی DOOM اشاره کرد که روی API‌ پیشرفته‌ی ولکان و در صورت استفاده از پردازنده‌های چند هسته‌ای و کارت‌های گرافیک سازگار، بهبود ۱۰ تا ۲۰ درصدی نرخ فریم را در مقایسه با OpenGL به‌همراه دارد. یا به‌عنوان مثالی دیگر می‌توان به فناوری ری‌تریسینگ یا رهگیری پرتو اشاره کرد که در صورت پشتیبانی کامل API، نه‌تنها روند ساخت محتوای گرافیکی سازگار با این فناوری برای برنامه‌نویسان بسیار ساده می‌شود، بلکه می‌توان خروجی به مراتب غنی‌تری را رقم زد. 

تشریح کامل نحوه کار APIهای موضوعی پیچیده و عمیق است که در این مقاله نمی‌گنجد. پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی بهتر به مطالعه‌ی مقاله‌ی زیر بپردازید:

مقایسه بهترین API‌های گرافیکی

دایرکت ایکس ۱۲، نقطه‌ی قوت مایکروسافت و ایکس‌باکس

بر کسی پوشیده نیست که مایکروسافت با سال‌های توسعه‌ی دایرکت‌ایکس، به یکی از شرکت‌های برتر در زمینه‌ی API‌های گرافیکی تبدیل شده است. غول ردموندی دنیای فناوری به دلیل دراختیار داشتن ویندوز به‌عنوان محبوب‌ترین سیستم‌عامل جهان، باید API گرافیکی توانمندی نیز برای آن توسعه‌ می‌داد که البته در این زمینه نیز بسیار موفق بوده است. دایرکت ایکس به‌صورت پیوسته به‌روز‌رسانی‌های متعددی را به خود دیده است تا اکنون با تجهیز به انبوهی از فناوری و قابلیت‌های مختلف، یکی از بهترین‌ها در کلاس خود باشد. 

دایرکت ایکس 12 آلتیمیت مایکروسافت / Microsoft DirectX 12 Ultimate

دایرکت ایکس در نسخه‌ی ۱۲ خود به‌روزرسانی بزرگی را تجربه کرد که در ادامه نیز با افزوده شدن چند فناوری دیگر به DirectX 12 Ultimate تغییر نام داد. این به‌روزرسانی که در آپدیت May 2020 نیز برای ویندوز ۱۰ عرضه شد و در خانواده‌ی جدید ایکس باکس نیز حضور دارد، حاوی فناوری‌های زیر است:

DirectX Raytracing 1.1

پشتیبانی از رهگیری پرتو اکنون عمیق‌تر و به‌گفته‌ی مایکروسافت بسیار بهینه‌تر به دایرکت ایکس اضافه شده است. به‌جای واگذاری نحوه‌ی کار به سیستم، توسعه‌دهندگان اکنون کنترل بیشتری روی این فناوری و رفتار آن خواهند داشت تا به خروجی دلخواه خود برسند.

Variable Rate Shading

فناوری سایه‌زنی متغیر نیز یکی دیگر از قابلیت‌های جدید API مایکروسافت است که در نسخه‌ی ۱۲ به ان اضافه شده است. سایه‌زن‌ها رنگ، روشنایی و کنتراست هر یک از پیکسل‌ها را تعیین می‌کنند که این عملیات در رزولوشن‌های بالا بسیار سنگین خواهد بود. در این فناوری بخش‌های مهم تصویر که مرکز توجه کاربر است با رزولوشن تمام پردازش می‌شوند درحالی‌که سایر بخش‌ها و اشیا اطلاعات کمتری را به‌همراه خواهند داشت. به‌‌عنوان مثال در بازی فورزا هورایزن یا سایر عناوین ریسینگ، خودرو و جاده‌ی پیش‌روی آن در مرکز توجه قرار دارد و با حداکثر جزئیات پردازش می‌شوند درحالی‌که درختان و المان‌های کنار جاده که با سرعت زیادی در حال عبور هستند نیازی به این میزان از پردازش ندارند. 

Mesh Shaders

این فناوری نیز همانند VRS به سیستم برای پردازش بهینه‌تر کمک می‌کند. امکان خلق دنیایی با جزئیات بالا بدون نیاز به بار پردازشی سنگین مهم‌ترین وظیفه‌ی Mesh Shaders است. در این فناوری صحنه و المان‌های اصلی آن تعیین می‌شوند و برای جزئیات بافت حداکثر پردازش می‌شوند و درواقع حاوی مثلث‌های بیشتری خواهند بود.

در طرف مقابل اجزا و بخش‌های دورتر که نیازی به جزئیات بالا ندارند می‌توانند از مثلث‌های کمتری تشکیل شوند و بدین ترتیب جزئیات کمتری به‌همراه خواهند داشت. درحالی‌که این فناوری کمک زیادی به بار پردازشی می‌کند، خروجی نهایی از دید کاربران تفاوت محسوسی نخواهد داشت.

Sampler Feedback

در صورتی که برخی المان‌های تصویر در چند فریم دست‌نخورده باقی بمانند، پردازش مجدد آن‌ها برای هر فریم بار پردازشی مضاعفی به‌همراه خواهد داشت. فناوری مذکور با تشخیص این بخش از تصاویر نه‌تنها بار پردازشی کمتر و نرخ فریم بیشتری را به ارمغان می‌آورد، بلکه امکان رندر محیط‌های بزرگ‌ و غنی‌تری را با حافظه‌ی رم کمتر پردازنده‌ی گرافیکی را فراهم می‌کند. 

Auto HDR و Variable Refresh Rate

در ایکس باکس سری ایکس و اس با هدف بهبود تجربه‌ی گیمینگ دو فناوری دیگر نیز توسعه یافته است. Auto HDR با الگوریتم‌های یادگیری ماشین به بررسی پیوسته‌ی اجزای مختلف تصویر و میزان روشنایی و رنگ آن‌ها می‌پردازد، تا تصاویری با کنتراست و رنگ‌های جذاب‌تر رندر کند. عملکرد این فناوری در بازی‌های قدیمی فاقد HDR، بسیار محسوس خواهد بود.

تشریح پدیده stutter و عملکرد فناوری G-Sync

نحوه ایجاد پدیده Stutter و عملکرد فناوری G-Sync (تصویر چهارم)

در صورتی که کنسول قادر به اجرای پایدار بازی با نرخ ۶۰ یا به‌خصوص ۱۲۰ فریم‌بر‌ثانیه نباشد، احتمال وجود پدیده‌ی پارگی تصویر رخ می‌دهد که می‌تواند بسیار آزاردهنده باشد. در این حالت فناوری VRR سعی بر تغییر مداوم نرخ نمایش تصویر در نمایشگر را خواهد داشت تا از بروز Stutter (پارگی تصویر) جلوگیری کند. البته در نظر داشته باشید نمایشگر نیز باید از این فناوری پشتیبانی کند. تأثیر VRR در عناوین با نرخ فریم بالا، بازی‌های فایتینگ، هک‌اند‌اسلش و تیراندازی در حدی محسوس است که به گفته‌ی دیجیتال فاندری وجود آن الزامی است و سونی باید در اسرع وقت پشتیبانی از آن را به پلی استیشن ۵ اضافه کند.

DirectML

فناوری Super Resolution و رقابت با DLSS 2

اما دیگر فناوری موجود در دایرکت ایکس ۱۲ آلتیمیت که توجه بسیار کمتری به آن شده است، DirectML‌ نام دارد که اهداف بسیار بزرگ‌تری را در سر دارد. این فناوری قابلیت تغییری انقلابی در نسل آتی را خواهد داشت. اما دایرکت‌ام‌ال چیست؟

احتمالا تاکنون با نام DLSS برخورد کرده‌اید. اولین تلاش دنیای فناوری برای استفاده‌ی عمیق از هوش مصنوعی در بازی‌های ویدیویی. در این فناوری با بررسی فریم‌های بازی، هوش مصنوعی توسعه‌یافته به ارتقای رزولوشن ویدئو می‌پردازد تا بدون بار پردازشی بسیار بیشتر، خروجی تصویر و جزئیات به مراتب بهتری به ارمغان بیاید. عملکرد نسخه‌ی دوم DLSS به‌حدی جذاب و چشمگیر بود که تحسین تمامی کارشناسان را برانگیخت. تصاویر آپ‌اسکیل شده از ۱۴۴۰P به ۴K، جزئیات فوق‌العاده‌ای به‌همراه داشتند و قابل مقایسه با نمونه‌های ۱۴۴۰P نبودند. البته با اینکه جزئیات در برخی صحنه‌ها حتی قابل مقایسه با رزولوشن بومی ۴K بود، اما هنوز هم برخی پدیده‌ها و رندر‌های نامناسب اطراف برخی اشیا و به ندرت دیده می‌شود. بااین‌حال DLSS گامی بزرگ برای ارتقای کیفیت بازی‌ها بدون نیاز به استفاده از پردازنده‌های توانمند است.

مایکروسافت DirectML را هم‌زمان با DirectX Raytracing در سال ۲۰۱۸ معرفی کرد اما توجه کارشناسان بیشتر حول پشتیبانی از رهگیری پرتو معطوف شد. هدف مایکروسافت از DirectML توسعه‌ی جدی فناوری ارتقای رزولوشن با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین است تا با هر پردازنده‌ی گرافیکی امکان بهره‌ بردن از آن دردسترس باشد. 

مقایسه ارتقا رزولوشن معمولی با الگوریتم یادگیری ماشین Direct ML

عملکرد DirectML در بازی فورزا هورایزن ۴ (سمت راست) در مقایسه با آپ‌اسکیل معمولی (سمت چپ) از ۱۰۸۰P به ۴K

AMD در خلال کنفرانس رونمایی از کارت‌های گرافیک RX 6000 و تنها در اسلایدی و بدون توضیحی اضافه، اشاره‌ای کوچک به فناوری Super Resolution‌ کرد. پس از کنفرانس مدیران AMD از آن به‌عنوان رقیبی متن‌باز و سازگار با تمامی پردازنده‌ها برای DLSS عنوان کردند که البته در زمان عرضه‌ی کارت‌های رادئون ۶۰۰۰ دردسترس نخواهد بود و سال آینده احتمالا با بروز‌رسانی نرم‌افزاری عرضه خواهد شد. این فناوری با همکاری مایکروسافت و استفاده از DirectML توسعه یافته است و ازطریق API دایرکت‌ایکس ۱۲ آلتیمیت در وهله‌ی اول دردسترس توسعه‌دهندگان و کاربران قرار خواهد گرفت تا سایر شرکت‌های سازنده‌ی APIها نیز آن را به محصول خود بیافزایند. 

ایکس‌باکس سری ایکس و اس درحال‌حاضر به لطف بهره‌وری از DirectX 12 Ultimate و تجهیز به پردازنده‌ی گرافیکی RDNA 2 شرکت AMD، تنها با به‌روزرسانی نرم‌افزاری از این قابلیت بهره خواهند برد. توسعه‌ی ایده‌ال و کاربردی این فناوری می‌تواند خروجی ۸K را نیز برای کنسول‌های نسل آتی تنها با آپ‌اسکیل تصاویر از ۴K به ارمغان بیاورد. با درک این فناوری پشتیبانی هر دو کنسول از این خروجی ۸K اکنون بیش از گذشته معنی می‌یابد.

دیوید کیج در مصاحبه‌ی اخیر خود در این خصوص گفت:

تعداد هسته‌های سایه‌زن بیشتر ایکس باکس سری ایکس کمک زیادی به انجام عملیات‌‌های یادگیری ماشین در آن می‌کند. 

متاسفانه طی سال‌های گذشته توان پردازشی پردازنده‌های گرافیکی عموما با واحد ترافلاپس بررسی و مقایسه می‌شود که از ضرب تعداد واحد‌های سایه‌زن در فرکانس کاری و تعداد عملیات در هر کلاک بدست می‌آید. در صورت یکسان بودن معماری این مشخصه در مقایسه‌ی حدودی خروجی رندرهای گرافیکی و تعداد فریم تصاویر کاربردی خواهد بود. اما نباید فراموش کرد که محاسبه‌ی عملیات یادگیری ماشین و رهگیری پرتو دنیای دیگر است. به گفته‌ی AMD‌ هسته‌های محاسبه‌‌گر رهگیری پرتو شامل یک عدد در هر واحد پردازشی است که به‌معنای ۵۲ عدد برای ایکس باکس سری ایکس، ۳۶ عدد برای پلی استیشن ۵ و ۲۰ عدد برای ایکس باکس سری اس است. هر واحد پردازشی همچنین شامل ۶۴ سایه‌زن (Shader) است که به‌گفته‌ی دیوید کیج تعداد بیشتر آن‌ها می‌تواند کمک زیادی به عملیات‌های سنگین یادگیری ماشین کند؛ تا ۴۹ تریلیون محاسبه در ثانیه برای محاسبات صحیح ۸ بیت و ۹۷ تریلیون محاسبه در ثانیه برای محاسبات صحیح ۴ بیت.

به‌نظر می‌رسد کنسول‌های نسل آتی و به خصوص ایکس باکس (سونی در تشریح فناوری‌های جدید به‌خصوص نرم‌افزاری بسیار محافظه‌کارانه رفتار می‌کند و هنوز جزئیات گسترده‌ای از آن در دسترس نیست) تا دندان به فناوری‌های مجهز شده‌اند که به مرور زمان فعال خواهند شد و روزبه‌روز کیفیت خروجی بهتری را فراهم می‌کنند. اما آیا پشتیبانی ایکس باکس سری ایکس و اس به دایرکت ایکس ۱۲ و فناوری‌های گوناگون آن می‌تواند در مرور زمان برتری خود را به پلی استیشن ۵ نشان دهد؟ باید منتظر ماند و عملکرد توسعه‌دهندگان را دید.

درباره محمد حسینی راد

چند سالی هست که در دنیای دیجیتال مشغول فعالیتم. کارشناسی ارشد نرم افزار خوندم و از اینکه دارم مطالب مرتبط با زمینه کاری خودم را انتشار می دهم بسیار خرسندم.

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *