Co to jest DirectStorage i jak działa? Test DirectStorage w Forspoken

DirectStorage. Co to i jak działa?

Czym jest DirectStorage? To API, czyli interfejs oprogramowania, który firma Microsoft opracowała z myślą chociażby o konsolach Xbox Series X/S. Jest to technika przetwarzania danych, która usprawnia ich przepływ. Wdrożenie w grze DirectStorage pozwala zlikwidować albo przynajmniej zminimalizować efekt tzw. wąskiego gardła (ang. bottleneck), który występuje w komunikacji na linii pamięć masowa-układ graficzny. Rozwiązanie ma wykorzystywać pełny potencjał szybkich nośników SSD (NVMe) w grach, w których do tej pory odgrywały i nadal odgrywają dość marginalną rolę.

DirectStorage może być więc zbawienne w dobie produkcji, które wymagają kolosalnych pokładów danych do generowania równie ogromnych światów. Obecnie te zasoby – ze względu na ich „wagę” i ilość – są kompresowane i przenoszone do pamięci systemowej, gdzie następuje ich dekompresja przez procesor (CPU) przed przerzuceniem ich do pamięci karty graficznej (GPU). Proces przesyłu tych danych i ich dekompresji siłą rzeczy wpływa negatywnie na czas wyświetlania ekranów ładowania oraz (ograniczoną) liczbę szczegółów, które można uwzględnić w świecie gry.

Gigabyte GeForce RTX 4060 Aero OC 8GB GDDR6

★★★★★★ (17)

Układ: GeForce RTX 4060

Pamięć: 8 GB

Rodzaj pamięci: GDDR6

Złącza: HDMI 2.1a - 2 szt.

1 769,00 zł

Rozwiązanie Microsoftu sprawia, że w tym procesie dochodzi praktycznie do pominięcia CPU, które do tej pory zajmowało się dekompresją danych pobranych z nośnika. Po zaimplementowaniu w grze DirectStorage procesor przestaje się tym zajmować, a jego obowiązki przejmuje bezpośrednio karta graficzna. Tym samym zasoby trafiają od razu do pamięci VRAM i są dekompresowane przez GPU.

Innymi słowy, układ graficzny, który jest bardziej dostosowany pod kątem przetwarzania równoległego, ma bezpośredni dostęp do danych gromadzonych na nośniku bez udziału pośrednika w postaci CPU. Ta technika zwiększa przepustowość, a dane nie muszą czekać dłużej na swoją kolej, bo są obsługiwane w tym samym czasie. Brak konieczności czekania na odpowiedź przy nadmiarze zasobów, jakie teraz przesyła się w grach, przekłada się na znacznie skrócenie ich transferu przy odciążeniu procesora nawet o 40%.

przepływ danych między ssd a gpu bez directstorage — Tak przesyłane są dane bez DirectStorage

przepływ danych między ssd a gpu z directstorage — A tak przesyłane z DirectStorage

Dzięki temu dyski SSD mogą skrócić wręcz drastycznie czasy wczytywania. Jednak to niejedyna zaleta DirectStorage – przerzucenie dekompresji z CPU na GPU i zwolnienie zasobów od strony procesora jest w stanie przynieść więcej wymiernych korzyści. Raz, że jeszcze bardziej przyspiesza cały proces, co wpływa nie tylko na czas ładowania, ale i strumieniowanie np. tekstur w świecie gry, a dwa: uwalnia moc CPU, którą można wykorzystać przy innych obliczeniach.

Zalety DirectStorage w pigułce

Na co przekłada się lub może w przyszłości przełożyć się zastosowanie DirectStorage w grach?

krótsze ekrany ładowania;
szybsze strumieniowanie tekstur;
usprawnione wczytywanie elementów środowiska gry w locie;
zredukowanie rozmiarów gier (bezstratna kompresja);
zniwelowanie mikroprzycięć;
możliwość tworzenia i wyświetlania na ekranie bardziej szczegółowych obiektów i rozległych światów (dzięki zwiększonej przepustowości przesyłu danych i zmniejszeniu obciążenia CPU, które nie zajmuje się dłużej obciążającą kompresją).

Czy to korzyści odczujesz tylko na dyskach SSD? Mimo że DirectStorage powstało z myślą o nośnikach półprzewodnikowych, to w wersji 1.2, która m.in. przyspiesza dekompresję GPU, doszła oficjalna obsługa także dysków twardych (HDD). Oznacza to, że i na nich można zobaczyć poprawę. Jednak ich potencjał jest znacznie bardziej ograniczony niż w szybszych, zalecanych nośnikach SSD (najlepiej PCIe NVMe o jak najwyższym standardzie). Tych drugich moc jest w grach wręcz tłamszona, a którą w stanie jest w pełni uwolnić właśnie DirectStorage.

NVIDIA też ma swoje DirectStorage

Swój wariant DirectStorage zapowiedziała także firma NVIDIA. Został on dumnie określony mianem RTX IO, ale na pierwsze wdrożenie tego rozwiązania w grach trzeba było poczekać. 18 lipca 2023 roku zadebiutowało w Portal: Prelude RTX, a 26 lipca w Ratchet & Clank: Rift Apart.

Do autorskiego rozwiązania RTX IO opartego na DirectStorage zalecane są: GeForce RTX 3000 (lub nowsze) oraz dysk PCIe 4.0 NVMe SSD. Choć, jak później sama NVIDIA przyznała, technika nie została na razie opracowana pod nowoczesne nośniki PCIe 4.0 i 5.0, więc nie wykorzystuje ich pełnego potencjału. Mówiąc w skrócie, to zoptymalizowana pod karty graficzne NVIDIA GeForce RTX wersja DirectStorage. Działa jednak na każdym GPU obsługującym DirectX 12.

działanie tradycyjnego io — Jak działa przesył danych między dyskami a kartą graficzną bez DirectStorage

działanie nvidia rtx io — Jak działa przesył danych między dyskami a kartą graficzną z DirectStorage (RTX IO)

Wymagania DirectStorage. Które dyski i systemy operacyjne obsługują funkcję?

Czy DirectStorage jest dostępne tylko na Windowsie 11? Nie, technika działa także na starszej wersji systemu operacyjnego Microsoftu, ale w nieco ograniczonej postaci.

DirectStorage to funkcja, która wymaga więc Windowsa 11 lub Windowsa 10 (w wersji 1909 lub nowszej). Co prawda pojawiły się sugestie, że w Forspoken może potrzebować najnowszego systemu operacyjnego Microsoftu, to bez obaw. Działanie DirectStorage jest możliwe także na Windowsie 10. Może być jednak ono mniej efektywne. Dlaczego? Ponieważ tylko na Windowsie 11 wprowadzono szereg optymalizacji I/O (w stosie pamięci), które – przynajmniej w teorii – przekładają się na większe korzyści (np. jeszcze szybsze czasy wczytywania gier).

Największe pozytywy zobaczysz na nośnikach SSD (zalecane NVMe), ale teoretycznie poprawę można zauważyć także na dyskach twardych. W przypadku Forspoken wykorzystano starszą wersję tego API – 1.1 zamiast 1.2, więc akurat w tym przypadku nie było możliwe sprawdzenie ewentualnych różnic (były one poza wyjątkami na miarę błędów pomiarowych). Ponadto mimo że obie oferują dekompresję GPU, która mogłaby przynieść dodatkowe korzyści w postaci jeszcze większego skrócenia ekranów ładowania, to akurat wymieniona gra z niej niestety nie korzysta.

Czego potrzebujesz do DirectStorage?

System operacyjny: Windows 11 lub Windows 10 (1909 lub nowsza)
Dysk: SSD (optymalnie NVMe); HDD od DirectStorage 1.2
Karta graficzna: kompatybilna z DirectX 12 oraz Shader Model 6.0

DirectStorage jest kompatybilne z kartami graficznymi od serii GeForce GTX 400 i Radeon HD 7000 wzwyż. To układy wymagane do dekompresji GPU.

Początkowo także niezbędny był nośnik o minimalnej pojemności 1 TB, ale Microsoft zdjął to ograniczenie. Posiadacze dysków o skromniejszej przestrzeni czy wolniejszych dysków (SSD na SATA lub HDD) także powinni odczuć korzyści płynące z DirectStorage.

Jak włączyć DirectStorage?

DirectStorage nie jest opcją, którą możesz włączyć lub wyłączyć. Nie pojawia się w ustawieniach danej gry czy nawet systemu. Wystarczy, że korzystasz z odpowiedniego Windowsa i gry, która ją obsługuje. Wówczas jedyne, co musisz, to uruchomić dany tytuł. Nie szukaj więc DirectStorage w opcjach gry – funkcja będzie ukryta i domyślnie aktywna.

Da się jednak wymusić wyłączenie DirectStorage w Forspoken. Jak to zrobić?

Otwórz aplikację Steam i udaj się do swojej biblioteki w celu odszukania Forspoken.
Naciśnij prawy przycisk myszy i kliknij Właściwości.
Wybierz Ogólne, a następnie przejdź do Opcji uruchamiania.
Wklej w puste pole: -noDirectStorage (może też być małymi literami: -nodirectstorage).
Zamknij okienko, klikając lewym przyciskiem myszy na krzyżyk w prawym górnym rogu, i gotowe.

Tym sposobem DirectStorage nie jest dłużej aktywne i możesz porównać czasy ładowania i różnice w klatkach na sekundę. Powinno to zadziałać także w Hunt Showdown i Ratchet & Clank: Rift Apart.

W jakich grach jest dostępne DirectStorage?

Pozytywy DirectStorage możesz dostrzec już na konsolach nowej generacji od dnia ich premiery, gdzie gry ładują się błyskawicznie. Niemniej jednak pierwsza produkcja na PC z obsługą DirectStorage pojawiła się dopiero 24 stycznia 2023 roku i jest nią Forspoken od studia Luminous Production (Final Fantasy XV) i firmy Square Enix.

DirectStorage więc raczkuje na PC i pojawiło się jedynie w jednej grze. Dopiero po kilku miesiącach od premiery Forspoken osamotnioną produkcję Square Enix uzupełni Hunt Showdown, gdy przejdzie na silnik CryEngine 5.11 w najbliższych miesiącach. Pliki powiązane z DirectStorage odkryto również w becie Diablo 4 i Blizzard oficjalnie potwierdził, że ta funkcja trafi do pełnej wersji gry, ale w bliżej nieokreślonej przyszłości (prawdopodobnie jeszcze w 2023 roku).

Potwierdzono też oficjalnie, że 26 lipca pecetowe Ratchet & Clank: Rift Apart również wykorzysta DirectStorage, i to w dodatku w wersji 1.2!

Lista gier z DirectStorage

Diablo 4 (wkrótce)
Forspoken (DirectStorage 1.1) – od 24 stycznia 2023
Hunt Showdown (wkrótce)
Ratchet & Clank: Rift Apart (DirectStorage 1.2) – od 26 lipca 2023

G4M3R Elite z GeForce RTX 4070 Ti. Platforma testowa

Procesor

Płyta główna

Pamięć RAM

Karta graficzna

Dysk

Zasilacz

System operacyjny

Procesor

Płyta główna

Pamięć RAM

Karta graficzna

Dysk

Zasilacz

System operacyjny

Konfiguracja sprzętowa komputera G4M3R Elite to optymalne połączenie podzespołów, które gwarantują wysoką wydajność w różnych rozdzielczościach. Intel Core i5-13600KF i GeForce RTX 4070 Ti to idealny zestaw do 1440p. Komputer jest domyślnie wyposażony w solidny dysk Samsung 980 1 TB M.2 PCIe NVMe 3.0, który przynosi korzyści w postaci krótszych czasów ładowania przy aktywnej funkcji DirectStorage w Forspoken, o czym przekonasz się z testu.

Zobacz także: Test i recenzja G4M3R Elite z Intel Core i5-13600KF i GeForce RTX 4070 Ti. Takie „gotowce” to ja rozumiem!

Do procedury – dla porównania – dołączyłem również słabszy komputer wyposażony w Ryzena 5 5600, 16 GB pamięci RAM DDR4 3200 MHz CL15 oraz kartę graficzną GeForce RTX 4070 z trzema dyskami: HDD, SSD SATA i SSD PCIe 4.0 NVMe. Napędzany jest on Windowsem 10 (najnowszą wersją). Chciałem zobaczyć różnice nie tylko na różnych systemach operacyjnych, ale także na różnych procesorach, bo oba czynniki mają znaczenie w kontekście czasów ładowania z DirectStorage.

Test DirectStorage w grze Forspoken. O ile krótsze czasy ładowania?

Do testów wykorzystałem cztery dyski:

Jaka była metodologia? W ramach testów wczytywałem osiem różnych scen, w tym bezpośrednio w samej grze, a nie tylko we wbudowanym benchmarku, który często przekłamuje wyniki i nie jest do końca miarodajny, choć na potrzeby testu użyłem także jego. Tę procedurę, tj. każdy test, powtarzałem na wszystkich wymienionych dyskach kilkukrotnie zarówno z włączonym, jak i wyłączonym DirectStorage. I z tych wyników wyciągnąłem średni czas ładowania, który możecie porównać na poniższych wykresach.

Forspoken było testowane w rozdzielczości 1080p (1920 x 1080 pikseli) oraz maksymalnych ustawieniach graficznych bez jakiegokolwiek skalowania oraz ray tracingu.

Test ładowania z DirectStorage na Windows 11

SSD PCIe 4.0 NVMe

SSD PCIe 3.0 NVMe

Test ładowania z DirectStorage na Windows 10

SSD PCIe 4.0 NVMe

SSD SATA

HDD SATA

Im słabszy procesor znajduje się w Twoim komputerze, tym możesz zyskać więcej korzyści z DirectStorage. Oznacza to, że większe różnice w czasie ładowania możesz zobaczyć na PC wyposażonym w np. Ryzena 5 5500 zamiast w Intel Core i9-13900K. Jednak nadal będzie ono odbywać się (dużo) sprawniej na tym drugim.

Z testów wynika, że na lepszym komputerze z szybszym procesorem, ale wolniejszym dyskiem (PCIe 3.0) czas wczytywania był krótszy niż na PC z wolniejszym CPU, ale szybszym nośnikiem (PCIe 4.0). Nie były to jednak drastyczne różnice.

Różnice między nośnikami PCIe 4.0 NVMe a 3.0 NVMe również nie są duże. Natomiast widać korzyści w porównaniu do SSD na SATA. Jednak w takiej grze jak Forspoken nie ma to aż tak dużego znaczenia. HDD akurat w tym przykładzie się nie sprawdziło, bo poza wyjątkami nie zauważyłem specjalnych różnic (Forspoken nie obsługuje wersji 1.2). Poza tradycyjnym talerzowym dyskiem twardym czasy ładowania są na tyle niskie, że gracze nie odczują drastycznej poprawy, która odmieni ich gaming.

Czy DirectStorage jest mniej efektywne na Windowsie 10?

Tak – przyspieszenie na Windowsie 10 nie jest tak duże jak na Windowsie 11 przy włączonym DirectStorage. W każdym razie tak jest przynajmniej w Forspoken. Ma to jednak zapewne związek ze wspomnianymi wcześniej w artykule optymalizacjami.

Co więcej, różnice są na tyle duże, że na dysku PCIe 4.0 na Windowsie 10 gra potrafi wczytywać się dłużej niż na PCIe 3.0 z Windowsem 11. Jednak w tym porównaniu nie bez znaczenia był także procesor. Na tym samym komputerze, ale na innym systemie operacyjnym różnice między nośnikami SSD (PCIe 4.0 vs 3.0) już się zacierały i były porównywalne.

Z kolei na tym samym Windowsie oczywistością jest to, że PCIe 4.0 wypadł szybciej. Były to jednak zwykle różnice na poziomie 0,1-0,5 sek., więc szybszy nośnik o nowszym standardzie nie skraca zbytnio ekranów ładowania. Dopiero po przejściu z SSD SATA na SSD PCIe NVMe poprawa jest odczuwalna.

Jednak nie traktowałbym tych wniosków jak wyrocznię – w końcu cały czas opieram się na teście jednej gry, w dodatku nie najlepiej wykorzystującej potencjał DirectStorage.

Czy DirectStorage wpływa na wydajność?

Niespecjalnie – według przeprowadzonych przez mnie testów DirectStorage nie wpływa negatywnie na liczbę klatek na sekundę, a jeśli były jakieś różnice, to generalnie marginalne. Może być wręcz przeciwnie – na szybszych dyskach i scenariuszach ograniczanych przez moc CPU (w 1080p) powinieneś zniwelować ewentualne mikroprzycinki, co w ostateczności przełoży się wyższą stabilność fps, a co za tym idzie – na płynniejszy obraz.

Na większe różnice będzie trzeba zapewne poczekać, aż DirectStorage odpowiednio wyewoluuje. Forspoken nie pokazuje pełni możliwości tego rozwiązania. Ba, nawet nie wykorzystuje najnowszej dostępnej wersji tej techniki. To jedynie skromny przedsmak tego, co przyniesie przyszłość.

DirectStorage nie podbija (jeszcze) PC. Co przyniesie przyszłość?

Co pokaże przyszłość w kontekście DirectStorage na komputerach? Gier takich jak Forspoken czy Hunt Showdown pojawi się na rynku więcej, ale nie da się ukryć, że ekspansja tego rozwiązania na rynku produkcji pecetowych trwa zbyt wolno i w zbyt słabym zakresie. Aż prosi się, by deweloperzy chętniej i szybciej wdrażali to API w swoich najbardziej wymagających tytułach, gdzie korzyści z np. krótszych czasów ładowania będą mocniej zauważalne.

DirectStorage kreowane jest od początku na rozwiązanie, które odmieni gry i pozwoli tworzyć jeszcze bardziej rozlegle i rozbudowane wirtualne światy. To czcze obietnice, czy jest w nich więcej niż ziarno prawdy? Na razie trudno wyrokować, ale czasy, w których wczytywanie się poziomów doskwierało i wyprowadzało z równowagi nawet najbardziej cierpliwych graczy, odchodzą powoli w zapomnienie. Siłą rzeczy oczekiwania wobec tego rozwiązania są wyższe.

DirectStorage powinno sprawić, że prędzej czy później zniknie wiele przeszkód, które stoją teraz na drodze deweloperów gier. I mam nadzieję, że z dużej chmury nie będzie małego deszczu. Wręcz przeciwnie – liczę na to, że przyniesie korzyści także w kontekście możliwości w budowaniu wirtualnych światów i jego elementów otoczenia (w tym m.in. rysowania terenu i obiektów w locie czy szybszego strumieniowania tekstur o wyższej rozdzielczości).

Na razie jednak to pieśń przyszłości, bo póki co w grach, które i tak bez DirectStorage ładują się błyskawicznie, ugranie dodatkowych (mili)sekund nie jest czymś, co ekscytuje. Takie na razie jest DirectStorage na PC – mało ekscytujące i mało wykorzystywane. Oby było takie jak najkrócej.

Przeczytaj również:

Koniecznie także zapoznaj się z naszymi rankingami: