Windows 7時代來臨：GPU應用全面評測

    [泡泡網顯卡頻道 2009年7月25日]千呼萬喚使出來，在整個IT界活躍了兩年的微軟下一代操作系統Windows 7終于進入了工廠壓盤、封裝階段,最終RTM版本也已經在互聯網上廣泛流傳。根據微軟的消息，Windows 7將于今年10月24日正式發布并公開銷售。

    和Windows Vista不同，Windows 7早在消息泄漏之前，就廣受外界以及用戶關注。早在Windows Vista發布后不久，業界就有消息傳出Windows Vista不過是微軟的一個過渡方案，下一代操作系統（當時還沒有確定系統代號）才是微軟真正的重量級產品。

    而現在，主流桌面級操作系統的市場占有率也非常客觀的反映出了這個現象。在筆者之前發表的《用測試數據說話!Win7適不適合玩游戲?》這篇文章中，特別對Windows Vista市場占有率反而還不足Windows XP這個問題進行了剖析，而相比起來，相同時間段的Windows 7顯然更受關注。

    Windows 7給我們帶來了一系列的新技術，可以更好的發揮出計算機內各種硬件的性能資源。正式因為如此，在之前我們的測試文章中，各大游戲在Windows 7下的性能表現超越了Windows Vista。而微軟官方更是表示，奔騰2系列的計算機產品都可以運行Win 7，足以見得Windows 7對硬件的要求并不高，相對于Vista來說，硬件資源得到了更好的利用和展現。

    實際上，很多人在使用Windows 7感覺明顯比Windows Vista速度快，這跟操作系統本身的設計思想是很大的原因的。眾所周知，Windows 7之前的操作系統中的各種運算都是完全基于CPU，而Windows 7中首次將GPU也作為了操作系統的核心組成部分之一，與CPU組成了協同處理的一個環境。

    當然，我們并不是說CPU在新一代操作系統中不重要，根據微軟的說法，Windows 7最大的改進就是利用了CPU+GPU雙重威力，并進行資源上的合理分配。CPU與GPU都是Windows 7的核心組成部分，GPU不再僅用于圖形。在Windows7中，CPU與GPU組成了協同處理環境。CPU運算非常復雜的序列代碼，而GPU則運行大規模并行應用程序。 因此，安裝Windows7的電腦CPU與GPU功能平衡，可以提供更快、更可視化的Windows7體驗。

    上面的示意圖展示的是Windows7的協同處理環境（CPU+GPU）如何處理主要運行序列代碼的應用程序，如電子郵件、辦公室應用程序（比如Word）、基本網頁瀏覽等。在這種情況下，大部分應用程序處理工作由CPU進行，而GPU則將圖像顯示在屏幕上。 

    而上圖展示的是Windows7的協同處理環境（CPU+GPU）如何處理需要并行運算的應用程序，如視頻播放、視 頻編 輯、視頻轉換、3D網頁瀏覽、電腦游戲等。在這種情況下，Direct Compute利用GPU的運算力量，大大提高了應用程序處理速度。

    在Windows 7中，有非常非常多的應用都直接利用到了GPU加速，比如Media Player可以直接使用GPU加速H.264高清視頻播放，使用GPU加速網頁上多媒體的瀏覽、甚至微軟最新發布的SilverLight 3.0也開始支持了GPU硬件加速。

    NVIDIA CEO黃仁勛表示：Windows 7是有史以來最重要的操作系統，因為GPU首次成為操作系統的核心組成部分，正如你所知，GPU早已經超越了圖形處理的范疇，在Windows 7操作系統中，CPU將與GPU形成協同處理環境，其中CPU運算非常復雜的序列代碼，而GPU則運行大規模并行應用程序。

    然而，Windows 7又是如何將GPU作為操作系統的核心組成部分之一的呢？——Direct Compute！

    微軟的Direct Compute是一種全新GPU計算應用程序接口，運行于現有的CUDA/Stream架構之上（Windows VISTA和Windows 7）。當前的DX10 GPU以及未來DX11 GPU都能夠支持Direct Compute。它讓開發人員能夠利用 GPU的大規模并行計算能力，創造出引人入勝的消費級和專業級計算應用程序。簡單的說，Direct Compute就是微軟開發的GPGPU通用計算接口，欲統一GPU通用計算標準。DirectX 11中的重要特性Compute Shader就是基于Direct Compute之上。

    正如你說想的那樣，微軟在Windows 7中采用了這一項激動人心的技術。簡單的說，Direct Compute就是一個類似于CUDA/Stream的GPU通用計算應用程序接口，只有顯卡廠商支持這個標準，那么用戶就可以在Windows 7操作系統中，利用到這項技術。而微軟或者其他軟件開發上也可以開發出基于Direct Compute的應用程序。

  Compute Shader的最重要特性就是支持GPGPU通用計算，微軟提供HLSL語言對Compute Shader進行支持。在這里我們舉一個簡單的例子來說明Compute Shader的優勢：

    由于GPU的API目的是為了3D設計，輸入的是材質，而輸出的是圖像。如果一個程序員想要利用GPU的API進行非3D設計，則需要將資料包裝成材質，經過一番處理之后，再讀取到計算后的資料。而DirectX 11可接受任意類型資料（非材質），并且可以不受圖形渲染流程的限制，隨時寫入寫出，這無疑為GPU的通用計算敞開了大門。同時，Compute Shader還完全支持雙精度計算，可以更好的為科學計算提供服務。

    為了讓大家更好的理解Direct Compute，NVIDIA特地給各大媒體提供了大量的演示視頻，包括使用Direct Compute進行視頻轉碼、游戲加速、物理加速等等，下面是筆者隨便摘出來的一段視頻演示： 

    以上視頻展示的是Windows 7內置的視頻轉碼工具應用Direct Compute在瞬間完成轉碼任務的過程，大家從視頻中可以看到，利用Windows 7的內置視頻轉碼工具，將普通的視頻轉換為Walkman支持的視頻格式，在幾秒鐘就可以完成，足以見得Direct Compute的威力。

創作、分享和享受NVIDIA GPU所帶來的高清視頻

在GPU的強大支持下， Direct Compute利用簡單的拖放就可以實現視頻轉換。

    Direct Compute不僅讓視頻的轉換操作更加方便易行，而且利用GPU加速使得這一切操作變得更加快捷高效。實際上，Direct Compute在Windows 7上有非常非常多的應用，比如視頻編輯、物理游戲加速等等。

    前面我們主要講述了GPU在Windows 7操作系統下通用計算方面的應用，但是對于絕大部分用戶來說，一顆高性能的GPU最終還是想要獲得更好的3D性能。在之前我們推出的《用測試數據說話!Win7適不適合玩游戲?》這篇文章中，就提到了在Windows 7下，絕大多數游戲的性能表現比在Vista下還好。

    最近，NVIDIA頻繁的更新了驅動程序，幾乎每一次更新都加大了對Windows 7操作系統架構的優化，使得游戲性能一次一次的提升。現在，NVIDIA最新的驅動程序版本已經為190.38版，Windows 7 RTM也正式出爐，筆者本次利用最新的驅動程序+最新版本的Windows 7操作系統，再一次驗證了NVIDIA GPU在Windows 7操作系統下的表現。

    這次測試平臺采用了中檔次的E8200搭配4GB內存，測試顯卡包括NVIDIA目前熱門的9800GT、GTS250以及GTX260+，A卡方面有HD4870與HD4850，可分別和GTX260+、GTS250進行性能對比（同級別產品），本想加入HD4830的測試，無奈手中暫時沒有HD4830顯卡，故取消。

    需要注意的是，本次HD4870采用的是顯存容量為1GB、核心頻率為770MHz的版本，因為手上也沒有公版的HD4870，并且Win7下催化劑9.7驅動中的降頻功能無效，故只能采用該頻率。公版HD4870的規格為512MB 750MHz。

● 基準性能對比測試：3DMark Vantage

    3DMark Vantage在2008年四月底正式發布，全新的引擎在DX10特效方面和《孤島危機》不相上下，也是目前唯一的DX10理論測試軟件。

    為了避免考驗顯卡在3D狀態下的真正實力，故本次并沒有記錄3DMark Vantage的總分，而是記錄GPU子項目分數。從測試結果可以看出，GTX260+領先HD4870 1GB，而GTS250小幅度遜色HD4850。

● 戰火 兄弟連：地獄之路

   在《戰火兄弟連：地獄之路》這款游戲中，頻率、顯存容量均超過公版的HD4870表現出了很強的優勢，而GTS250領先HD4850。

● DirectX 9游戲測試：求生之路

    《求生之路》和前面的《戰火兄弟連：地獄之路》情況差不多，HD4870小幅領先GTX260+，而GTS250領先HD4850，看來在Windows 7操作系統下，N卡的表現確實不可小視。

● DirectX 9游戲測試：最后的神跡

    《最后的神跡》是近期評價比較高的一款DirectX 9游戲，在這款游戲中，N卡全面領先，性能非常不錯，相信這其中很大程度上來自于驅動程序的更新。

● DirectX 10游戲測試：鬼泣4

    《鬼泣4》是一款難得的對硬件資源要求很低，且非常好玩的游戲，在這款游戲中，N卡再一次表現出了明顯的領先優勢，而且幅度還不小。

● DX10游戲測試：孤島驚魂2

    《孤島驚魂2》雖然使用了部分10.1特效，但是在DX10模式下，不支持DX10.1的N卡表現并沒有受到任何影響，全面領先A卡,并且這款游戲對硬件資源要求也不是太高，9800GT級別的顯卡都可以流暢運行。

● DX10游戲測試：《沖突世界》

    《沖突世界》采用了自行研發的MassTech引擎，支持多種當前的主流顯示特效，如容積云，景深效果，軟陰影等，光照系統也表現出色，尤其是半透明的容積云特效營造出了十分逼真的戶外場景，物理加速結合體積光照渲染出了最逼真的爆炸效果。在這款游戲中，同樣是N卡全面領先。

    《孤島危機》號稱顯卡殺手，對顯卡的要求確實很高，為了保障游戲的流暢，本次測試我們采用1440×900分辨率，顯存容量和頻率都較高的HD4870表現不錯，不過中端顯卡方面，GTS250就比HD4850強不少了，顯存容量很重要。

    通過兩篇關于Windows 7下GPU應用的文章，我們已經基本了解了在新一代操作系統之下，GPU顯現出了前所未有的重要性，不僅僅是3D游戲方面性能有了很大的提升，而且在通用計算方面，Win7內置的Direct Compute也讓GPU在非3D渲染時的性能得到利用，讓用戶真正意義上實現了以應用為主要目的的投資。 

    毋庸置疑，Windows 7將會是繼Windows 95操作系統以來，最為出色的一款操作系統，筆者更認為它將再度續寫Windows 98以及Windows XP的經典。這一次，不是UI界面的改變，不是穩定性的提升，而是完全實現你硬件價值的一次偉大的進步。

    而圖形巨頭NVIDIA對Windows 7的支持也非常積極，之前的那一次測試我們還因為NVIDIA沒有提供Windows Vista、Windows 7一體化驅動程序而遺憾，現在NVIDIA也推出了Windows Vista/windows 7的一體化驅動程序，并且PhysX驅動也更新了版本，對Windows 7進行了深度支持。