【AMD/NVIDIA】HWS vs SWS: 誰是贏家？ - 3C

原出處：https://www.youtube.com/watch?v=nIoZB-cnjc0

中文翻譯整理：http://www.mykancolle.com/?post=1589
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NerdTechGasm做了一期影片講述了GCN架構和NVIDIA從Fermi到現在Scheduler的變化
能夠很清楚的解釋為什麼當前GCN的A卡在DX11下性能不及N卡，以及為何DX12下A卡發揮更
好，而N卡CPU佔用率高

典型的DX11遊戲中，Draw Call全在主執行緒上，瓶頸比較嚴重
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使用Command Lists時，將Draw Call打包分給其他核心處理後再交給主執行緒，一定程度
上緩解瓶頸
但並沒有完全解決問題，因為有硬體瓶頸在。
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而NV的DX11驅動永遠都是多執行緒的
通過CMDList “Server”進程實現，“Server”進程監控Draw Call，攔截D raw Call後
分給各個執行緒
這個解決方法很好。
驅動是從AMD開始在BF4上試水Mantle後出來的。
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新的DX11“多執行緒”驅動使得N卡受CPU單執行緒的瓶頸影響小了很多
只能用到1-2個執行緒的優化很差的遊戲突然在N卡上跑的快了很多，同時導致非常吃CPU
的PhysX在N卡上變得幾乎沒有負面影響。
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這也是為什麼N卡在DX11上佔優的原因。
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Draw Call提交到GPU後，調度器決定如何把工作分配給CU/SMX
然後通過HW Warp Scheduler分配給SP/CUDA核心

之前在Fermi上，NVIDIA設計了一個很強大的HWS-GigaThread Engine，類似於目前GCN的
HWS
http://i.imgur.com/h2Dggnk.png

Fermi因為功耗太高被稱為核彈
為了提升能效，在Kepler上NV砍掉和簡化了很多東西，其中就包括HWS，改為軟體，也就
是驅動來進行的SWS。
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NV的調度器是基於軟體的，也就是驅動程序。它可以接受許多CMDList，甚至是比較大的
那種，因為它們在執行前都被快取了。
驅動程序確定了工作如何分配到每個SMX。

所以在遊戲時N卡的CPU佔用率會比A卡高不少。

AMD GCN上使用的則是硬體調度器HWS，驅動不負責分配工作，直接交給GPU，然後由HWS決
定工作分配。
設計上HWS更依賴於即時的內容，也就是要保持持續的Draw Call一直進入，而不是
CMDList這種必須打包後分發的龐然大物。
GCN的HWS缺乏妥善支持CMDList的快取/機制。
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如果直接將CMDList送到AMD GPU，驅動就需要重新處理，這會浪費CPU資源。
Polaris的HWS可以快取一點點，主進程瓶頸比之前幾代GCN稍有改善。
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DX11下對A卡來說最理想的情況，將游戲邏輯（AI、物理、音效等）盡量分配到其他的執
行緒，緩解主執行緒的瓶頸
http://i.imgur.com/qGpvSka.jpg

在DX11下，多執行緒優化良好的遊戲中的情況
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而DX12和Vulkan等low-level API就不一樣了
DX12和Vulkan可以真正完全利用到GCN的HWS的優勢，主執行緒的瓶頸大大降低。
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當然，在N卡上由於沒有HWS，就由驅動來承擔。
並行執行緒越多，合併、優化、分發等工作對於N卡的SWS就越困難。
對於軟體工程師來，說想在DX12上實現NV在DX11上一樣的效率就非常需要技巧。

在3DMark API overhead測試裡的結果並不能直接體現遊戲中的情況，因為真正的遊戲遠
比測試複雜得多。
3DMark測的只是理論上的，在現實中永遠不會出現的場景。
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事先說明，N卡依然能在DX12和Vulkan中獲得性能提升。
只是需要遊戲開發者的大量經驗和調整
比如id Software開發的Doom，採用了Vulkan並且實現了非常高的效率 (可以說是目前優
化的標杆...)
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那麼硬體和軟體哪個更好？很明顯，目前NVIDIA是贏家。
AMD的賭注是DX12以及Vulkan的快速普及，因為DX11可能很快就會達到瓶頸，開發者就會
轉向下一代API

但DX11的生命週期要長於預期。

就算是現在，很多遊戲依然只集中使用1-2個執行緒，對剩下的執行緒利用不多。
在這種情況下，NV的DX11驅動就能將Draw Call分配給其他空閒CPU資源，增加Draw Call
吞吐量。

真正很好地優化了多執行緒的遊戲很少，大多都是主機移植的。
N卡的SWS帶來的額外CPU overhead雖然會帶來一點負面影響，這也能被更快更多的CPU核
心/執行緒抵消。

在主要利用一個執行緒的遊戲中，N卡會有巨大優勢
而對於A卡，GCN架構會被主執行緒的瓶頸嚴重影響。

所以目前來說NV的SWS更優，在正確的時間點- DX11上提供了更好的性能。
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而AMD更需要DX12和Vulkan的普及，也需要遊戲引擎改進對多執行緒的優化，特別是現在
有了Ryzen CPU。
主機上八核的優化優勢還會繼續下去。

而NV更有$，只要肯給工作室砸錢，就可以決定遊戲在PC上如何優化。
在這方面AMD缺乏競爭資源，工程師更少，能贊助給工作室的錢也更少。

同時AMD也必須在硬體設計上更靈活一些，以對抗NV的策略。
Polaris上的Discard Accelerator就是這樣的設計，抵消了x32/x64曲面細分的瓶頸。【
很多遊戲，比如孤島危機2中就用了非常大量且毫無必要的曲面細分（故意的），A卡性能
受到很大影響】
改進的HWS和整數預取也對減輕主執行緒瓶頸有幫助。

Vega將會大幅改善HWS和效率，因為DX11還將維持很長時間。

遊戲將會變得越來越複雜，DX11 Draw Call瓶頸對於AMD來說，即便是多執行緒優化良好
的遊戲裡也會成為主要瓶頸。
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