用DXSDK测显卡硬件性能

用DXSDK测显卡硬件性能

最近一同事（复旦的本科生，现在在公司实习）做了一些real-time soft shadow方面的研究，他实现几种常见的方法，比如在sampling时做blur、动态调整sampling的次数和范围，还有基于分析depth map的(好像叫PDSM?)等等，他自己也做出过了改进的算法。感觉这小伙还是很不错的:-) 有一次我和他讨论一些性能优化问题，他告诉他的一个动态分支较多的pixel shader，在FireGL V7300(r520核心，和radeon 1800xt一样）上的fps居然比Geforce 8800GTS都要高，在排除了是MS的hlsl compiler的因素后，发现事实的确如此。于是我决定对这个问题探一究竟。

言归正传，我想做的是硬件性能的比较，拿什么来做bentchmark呢？3dmark系列显然不合适，这是一个综合的测试，我需要的是针对性很强的测试。最后发现dxsdk中的几个例子就比较合适。当然如果了解点GPU硬件知识，自己写的bentchmark可能更好，可我没时间。。。被用来选做测试的sample有3个，分别是

1. OptimizedMesh;  2. ParallaxOcclusionMapping和3. Blobs。

每个的测试规则如下：

1. 主要用来测试GPU的vertex data fetch/processing性能和primitive setup engine能力，测试中显示36个torus，optimized triangle list和unoptimzied分别测试一次；

2. 别小看这个sample，没几个人的显卡能跑过100fps。它主要能体现GPU的texture sampling和dynamic branch的性能，测试时，默认情况下测试一次，max/min sampling count都最小时一次，都最大时一次。注意测试时需要正对那个圆盘，并放大，直到铺满整个屏幕；

3. 这个sample主要是测试texture sample的性能，分别记录最小和最大fps； 1的测试在800*600的窗口模式下进行，2和3在全屏1280*1024下进行，除了FireGL V5352是在Thinkpad T60p的本本(CPU T7200@2.33G)上进行的，其他的测试都在hp wx6400 workstation(CPU xeon5150@2.66G)，结果如下：

先看OptimizedMesh的结果，firegl v5250在optimized时和quadro fx3450一个档次，而在unoptimized时前者还领先后者一些。quadro fx3450到底是nv gf6800时代的东西，其vertex pipeline的能力只能和其对手下代中档产品做比较（注意显存频率v5250还低不少且是128bit的，虽然这个测试对显存不敏感）。而fx3500毕竟是经过nv改进过以对付r580的东西，在频率提高不多的前提下，vertex pipeline性能提高不少。提高了近50%，说明其片内vertex cache增加了不少。而对于unoptimzed的情况，个人认为所有的GPU都bound在了显存的latency上，DDR4这点上比DDR3还是有优势的。

再看ParallaxOcclusionMapping，呵呵，我敢说这个例子默认情况下如果你跑不过200fps（按照上面所述的测试条件），你就别碰crysis吧。x1600到底是比gf6800新一代，core clk差不多，显存频率和位宽低一半的情况下完胜gf6800。fx3500(gf 7900)在texture fetch和dynamic branch的效率上提高了很多，基本和竞争对手的同代产品相当。这里我觉得应该把G80拿来和3870好好比较下，因为目前手头没有G80，所以打算改天把这个补上。印象里8800gts默认情况下好像是70-80fps，那么的话还是差3870不少的。

最后看blobs，texture fetch的性能一看显存带宽，二看GPU内的cache大小，这个结果想必大家都在预料中。

总结：

1. 在现在的GPU上，不要太吝啬vertex pipeline的使用。而setup engine将来成为瓶颈的可能性相当大，因为现在DX10的geometry shader，将来DX11的tesselation engine都会让setup engine发疯。要知道在现有架构下，要提高setup engine的速度，多半只有靠提高GPU的频率，因为primtives有顺序要求，不能并行化。但提高频率是很不环保的做法，眼看GPU就要普遍过G Hz了，希望那些硬件厂商多发掘一下架构的优势，在频率不变的情况下，设计出更好的架构。当然更快的real-time rendering技术也需要软件的配合，就像现在大家都在思考的如何利用上多核心处理器的优势一样，将来的GPU可能也需要软件上做些变化，特别是思维方式的改变。

2. 动态分支是Shader Module 3.0引入的概念，可我敢说直到最近才普遍被一些PC游戏大作普遍采用。看看gf6800那接近个位数的fps，您能认为当时他能把动态分支推向实用？就像G80支持DX10一样，仅仅是支持而已，某些功能更本无法实用。gf7900的改进非常值得肯定，geforce6 -> 7系列的改进个人认为是nv最成功的一次。不像Geforce 8 -> 9，纯粹忽悠玩家。ati的硬件设计还是不很错的（个人认为一直比nv强），不过软件比nv差太远了，被amd收购后，还是没有足够重视软件，感觉其前途未卜啊。

3. 带宽还是相当重要的，我估计对于这个测试，频率相近的情况下，384bit的老版GF8800会比3870强不少，而2900XT(变态的R600)又会比gf8800gts强。256bit的设计下，chip的良品率和PCB的复杂度以及其他元器件的要求 比128bit设计高不少，不过我个人更喜欢大位宽，低频率的设计。384和512bit的设计目前只被红绿两家公司证明了下自己的实力而已，成本太高还是不适合广泛采用。

先写这么多吧，欢迎拍砖！（改天吧8800 vs 3870的补上，顺便把一些dx10的sample也考虑进去。）