在Windows 10 Version 2004中，開發團隊給系統新增了一個名為“硬件加速GPU計劃”的選項，它隱藏在“顯示設置-圖形設置”中，作為一個實驗性的選項提供。對于這個選項，微軟官方在之前并沒有做太多的解釋，我們也就是道聽途說認為它可以減低顯示延遲什么什么的。

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在上個月末，終于有官方人員對這個選項進行了完整的解釋，本文就根據官方的這篇博文，講講這個全新的硬件加速GPU計劃選項的具體工作原理和作用，并整合了多家媒體的測試數據，看看它起的作用大小。

“硬件加速GPU計劃”

官方把Hardware-accelerated GPU scheduling這個詞翻譯成了硬件加速GPU計劃，實際上在這里scheduling翻成“調度”能夠讓更多人明白它的意思，這也是比較有微軟風味的翻譯了。

回歸正題，要說到GPU調度管理，我們就先要了解一下WDDM GPU調度器是什么。

WDDM GPU調度器與命令緩沖隊列

從NT 6開始，微軟給Windows引入了一套新的顯示驅動模型，也就是我們現在所熟知的Windows Display Driver Model，簡稱WDDM。在WDDM出現之前，應用程序可以直接把任務提交到GPU，當時系統只有一個全局的任務隊列，嚴格按照先到先執行的原則進行任務的調度。鑒于當時用到GPU的場景基本上就是全屏游戲或者專業用途的渲染什么的，這種方案也沒出什么問題，被沿用了很多年。

現在很多程序都會調用GPU

到了應用程序開始普遍利用GPU加速的年代，比如說Windows要直接用GPU加速整個UI界面的渲染了，那么再用這個全局任務隊列就會有問題，比如渲染系統界面的任務前面排了一個其他程序提交的任務，那么GPU會先處理掉那個任務再回頭來處理系統的需求，這會造成整個系統UI的卡頓。為了妥善地安排GPU工作的優先級，勢必需要一個新的任務調度器，由它負責安排GPU任務的工作優先級。

那么WDDM就引入了那么一個任務調度器，它以高優先級線程的形式一直運行在CPU上，負責協調、優先處理和調度各種應用程序提交的工作。從Vista上面的WDDM 1.0到Windows 10 Version 2004的WDDM 2.7，官方一直都在加強這個調度器的功能。但這種管理方式存在有一定的限制，主要體現在提交會有額外開銷和任務達到GPU有一定的延遲時間，不過這些限制在實際中都被傳統圖形應用的渲染緩沖隊列給掩蓋了。

緩沖用來存放提前準備好的渲染命令等等內容，在GPU渲染當前幀的時候，CPU已經在準備下一幀、下下幀乃至之后的更多幀數了。這種方式能夠保證CPU與GPU之間的良好執行并行性，也可降低整體的性能開銷，是現在很常見的GPU調用方式。同時為了降低頻率提交渲染命令帶來的額外性能開銷，一般應用程序會提前準備好多幀的內容一起發送到隊列中。這里產生了問題，緩沖的幀數越多，用戶能夠感受到的延遲越高。

題外話，NVIDIA和AMD兩家在去年都已經在驅動層面提供了對緩沖隊列深度的控制，通過降低緩沖隊列的幀數來實現降低延遲這一目的。

但如果想減少緩沖隊列的深度來降低延遲，又會造成提交開銷增加，影響到性能。這兩者之間是一個權衡關系，程序可能以更高的頻率每次提交更少的幀數來降低延遲，又可能以較低的頻率每次提交更多的幀數來減少額外的調度、提交開銷。所以，微軟決定修改其顯示驅動模型的基礎架構，引入了“硬件加速GPU計劃”。

把任務調度交給專用硬件

Windows 10 Version 2004中引入的新選項就是允許系統將絕大多數的調度任務交由GPU專有的硬件調度器去做，Windows將繼續控制程序調用GPU的優先級，但高頻任務將會交由GPU的調度處理器進行管理，它負責各種GPU引擎的量子管理和上下文切換。

在NVIDIA的官方說法中，新的選項就是允許GPU直接管理它自有的內存，也就是顯存，在此之前，顯存是交給系統來管理的。

要啟用這個新調度方式有兩個先決條件，一個是需要硬件支持：它需要GPU自身有專有的處理調度任務的硬件模塊，另一個是驅動支持：系統需要一個符合WDDM 2.7標準的顯示驅動。當你的驅動和硬件都支持時，系統設置里才會出現這一選項。另外，引入新的調度方式對驅動模型有一個重大且根本性的改變，在某些時候、某些場景下它可能會產生不可知的效果，因此微軟將其作為一個實驗性的選項，默認情況下是關閉掉的。目前開發團隊還在比較兩種調度器之間的性能差異，同時也在監控新調度器的可靠性，未來這個選項可能會在支持的硬件上變為默認開啟狀態。

目前支持這一特性的GPU有NVIDIA的Pascal GPU和Turing GPU、AMD的RDNA GPU，Intel那邊的情況不明。

實際測試：對高端平臺影響不大

好了，說了那么多，我們還是來看看這項功能在實際中的表現吧，我們找來了Tom's Hardware和Wccftech兩家媒體的測試數據(以下圖片來自于Tom's Hardware和Wccftech)。

Tom's Hardware這邊使用了三套測試平臺，分別是Core i9-9900K+RTX 2080 Ti、Ryzen 9 3900X+RTX 2080 Ti和Core i9-9900K+GTX 1050。從五款游戲的測試結果來看，基本上沒有用戶可感知的區別。

Wccftech選擇了Core i9-9900K+RTX 2080 Ti/GTX 1650 SUPER這樣兩套平臺，在RTX 2080 Ti上面啟用硬件調度的性能變化并不明顯，但是在GTX 1650 SUPER這樣一張主流級顯卡上面則是出現了明顯的提升。其原因，如果按照NVIDIA方面的說法來解釋，那就是由GPU直接管理顯存在效率上帶來了一定的提升。也許，這項功能會為很多主流級平臺帶來可觀的免費性能增幅，而對高端平臺來說，影響是微乎其微的。

總結：仍需時日完善的好技術

所以，“硬件加速GPU計劃”實質上是一項對Windows圖形架構影響較大的新技術，它需要新硬件和新驅動的支持才能夠實現，能夠為平臺帶來一定的性能提升。但目前它仍然處于測試狀態，GPU廠對它的支持仍然算是剛剛可以用的狀態，還需要官方進一步的優化和完善它。這也是微軟為次世代圖形應用對系統做出的改變，為了盡可能的降低延遲，讓系統跟上時代的發展。它是一項好技術，但仍然還有很長的一段路要走。