管窥DirectX 11与通用计算技术

灵活多变：Compute Shader

在DirectX 11中，新增的Compute Shader(CS)计算着色器拥有核心地位。与DX10中引入的GS几何着色器不同的是，CS并不是渲染管线的一部分，它的主要用途在于增强GPU的通用计算能力。

我们知道，现在的GPU能够被应用于某些通用计算工作，譬如在高并行计算应用中，GPU就表现出十倍于CPU的卓越能力。对游戏开发者而言，经常出于某种需要希望GPU能执行通用计算指令，但以往的渲染结构却对GPU制造了诸多障碍——比如说，程序员可以在一个像素着色程序中强行加入通用算法，但却无法随意利用诸如树形结构之类的数据结构，这就给程序员带来很大的麻烦。因为要在像素间共享数据的过程非常繁琐，先绘制三角数据结构、再加入贴图是唯一的解决方案，但这将严重影响GPU的渲染性能。而在DirectX 11和CS着色器的帮助下，未来的游戏开发者将不再受困于此，他们可以直接越过复杂的数据结构、并在这些数据结构中运行更多的通用算法。而这些算法将由CS着色器专门负责，不会给渲染单元带来额外的负担。

DirectX 10硬件只要获得相应的驱动，便可享有DirectX 11游戏的多线程支持

CS代码可以做到高度灵活，它们可以支持随机读写、不规则列阵（而不是简单的流体或者固定大小的2D列阵）、多重输出，并可根据程序员的需要直接调用单线程或多线程应用。CS体系中拥有32Kb容量的共享寄存器和线程组管理系统，具备可执行无序IO运算的能力。总之，CS可以带来几乎无限的新型应用，关键在于开发者能够在多大程度发挥它的功效。

在获得灵活性的同时，CS也会带来一些性能损失。由于单线程任务现在无法以像素为单位，所以这些线程将会丧失几何集合功能。从技术上讲：虽然CS程序依然可以利用纹理取样功能，但是原本的“自动三线LOD计算”将会丧失自动功能，程序员必须指定LOD指令。另外，一些并不重要的普通数据的深度拣选（depth culling）、抗锯齿（anti-aliasing）、α混合（alpha blending）和其它运算不能在一个CS程序中被执行。

DirectX11的Tessellation处理流程

CS可以为开发者带来多种多样的灵活渲染，这项先进技术应该正中游戏开发商们的下怀：它们的兴趣大多是寻求先进技术来增强游戏引擎，比如增强抗锯齿性能或无规则透明度的性能，带来更先进的Deferred Shading（延迟着色）技术、后处理效果（post processing effect）等等，CS都可以大放异彩。除了上述这些特殊的渲染应用，游戏开发者可能还希望让GPU完成诸如IK(inverse
kinematics，逆运动学)、物理计算、人工智能计算等过去由CPU完成的通用计算，而利用CS在GPU上执行这些算法时，可以获得非常理想的效率。