DirectX 12 的诞生与意义
2015年，随着Windows 10的发布，DirectX 12也随之问世。它的到来，标志着微软DirectX为游戏玩家和游戏开发者开启了一个崭新的时代。DirectX 12 凭借其降低CPU开销、同时提升GPU性能的优势，迅速赢得了广泛的认可。
然而，性能的提升真的仅仅像从DirectX 11切换到DirectX 12那样简单吗？让我们深入探讨DirectX 11和12之间的差异，以便找出答案。
微软的DirectX是什么？
正如我们在关于Microsoft DirectX的概述中解释的那样，DirectX是一系列应用程序编程接口（API）的集合，用于处理与多媒体相关的任务。这包括在基于微软的平台（如Windows和Xbox）上的游戏编程。为了提供一些背景知识，我们简要地讨论一下API。
API使得两个或多个计算机程序能够相互通信，这一点我们在API概述中已经讨论过。可以把它想象成一部电话。如果你的母亲通过短信给你发送购物清单，你的手机将会接收到这些数据并展示给你。这本质上就是一个API在工作。
DirectX 11和DirectX 12之间有哪些不同？
那么，DirectX 11和DirectX 12之间究竟有哪些区别呢？简而言之，DirectX 12是DirectX的最新版本。它们之间最显著的区别之一在于它们与硬件的交互方式。大多数使用DirectX 11开发的游戏仅利用两到四个CPU核心。其中一个核心通常负责指示GPU执行任务。
随后，游戏利用剩余的核心来处理各种CPU密集型的设置，例如游戏的粒子效果或者渲染距离。与之不同的是，DirectX 12将CPU的工作负载分散到多个核心上，并允许每个核心同时与GPU进行通信。
DirectX 12还引入了一些强大的新特性。这包括异步计算和管道状态对象（PSO）。异步计算允许多个工作负载并行执行，从而提高GPU的利用率。这实际上释放了GPU的全部潜力。
除了图形渲染之外，你的GPU还可以处理各种其他任务，例如运行机器学习算法。在使用DirectX 11时，GPU一次只能按照特定的顺序执行其中一个任务。当这种情况发生时，由于你的GPU资源没有得到有效利用，性能将会受到影响。
可以把这种情况想象成餐厅里的服务员。当服务员点餐时，他们会先询问你想喝什么。一旦你收到饮料，他们才会问你主菜想要什么。你的订单将逐步进行。在你吃主菜之前，服务员不会询问你想要什么甜点。虽然这种方式有效，但效率并非最高。
在计算机运算中，不同的GPU资源将处理每个服务员的任务。在你收到饮料之前，点主菜所需的GPU资源将会处于闲置状态。借助DirectX 12的异步计算，服务员可以一次性接受你的所有订单，就像在快餐连锁店一样。这样可以最大限度地提高GPU的利用率并提升游戏性能。
DirectX 12还引入了管道状态对象（PSO）。在使用DirectX 11时，当游戏的几何图形提交给GPU进行渲染时，各种硬件设置负责解释和渲染这些数据。这被称为图形管道，以及GPU渲染帧时发生的数据输入和输出流。然而，DirectX 11的图形管道并非完美。
该管道包含不同状态的集合，包括光栅化状态、混合状态和深度模板状态等组件。在DirectX 11中，这些不同的状态之间存在依赖关系。因此，在定义前一个状态之前，一个状态无法完成。这会降低GPU的利用率并增加CPU的开销，从而牺牲了性能。
为了解决这个问题，DirectX 12引入了PSO，它是一个描述整个图形管道状态的对象。PSO就像一个瓶子，其中包含了创建图像所需的各种状态和组件。这允许GPU预先处理每个相关状态，而不是根据当前的图形管道不断重新计算状态。
这显著降低了DirectX 11中的CPU开销并提高了性能。那么，这种差异具体体现在哪些方面呢？根据微软的说法，DirectX 12可以将CPU的开销降低多达50%，并将GPU的性能提高多达20%。虽然这些都是相当可观的改进，但这并不意味着你会看到完全相同的结果。
为什么从DirectX 11切换到DirectX 12并非易事？
DirectX 11于2009年10月27日首次面向Windows Vista发布。因此，随着DirectX 12于2015年发布，DirectX 11和DirectX 12之间存在六年的时间差。在这期间，已经有数千款游戏使用DirectX 11进行开发。不幸的是，从DirectX 11迁移到DirectX 12并非易事。
DirectX 11被认为是一个高级API。简单来说，高级API对于开发者来说更容易使用。其结果是游戏稳定、精美且可玩。另一方面，DirectX 12是一个低级API，与DirectX 11不同。虽然它允许开发者在细粒度级别上进行微调优化，但也需要丰富的知识才能使用。
话虽如此，根据开发者对API的理解程度，使用DirectX 12开发的游戏最终可能会出现较差的性能。虽然DirectX 12带来了一些改进，但实际上这取决于开发者如何实现它。因此，许多开发者选择坚持使用DirectX 11等高级API。
DX 11与DX 12：你该如何选择？
答案取决于多个因素，例如你想运行什么游戏。例如，《激战2》是基于DirectX 11运行的。即使你的操作系统和硬件可以使用DirectX 12，在《激战2》中也无法选择DirectX 12，因为游戏本身并不支持它。这完全是开发商ArenaNet的决定。
图片来源：马丁·克斯坦/激战2
无论你是否相信，ArenaNet花费了九年时间才从DirectX 9切换到DirectX 11。不过，有些游戏确实同时支持DirectX 11和DirectX 12，包括《堡垒之夜》（请阅读我们的《堡垒之夜》备忘录）、《战地5》、《古墓丽影：暗影》等等。用户可以在游戏设置中切换DirectX 11和DirectX 12。
现在，有些游戏同时支持DirectX 11和12这一事实，可能会让你对游戏中的性能产生好奇。选择DX 11或者DX 12是否能够带来更好的游戏性能？下面的视频展示了DirectX 11和DirectX 12在一系列游戏中的差异，其中展示了诸如平均每秒帧数、CPU利用率、GPU利用率等重要参数，使用的硬件包括AMD Ryzen 3600、Nvidia GeForce RTX 3060 Ti和16GB DDR4内存。
结果在很多方面都令人惊讶，尽管DX 11和DX 12发布的时间相隔多年，但它们有时几乎没有视觉上的差异。你可能还会注意到两个DirectX版本之间GPU和CPU负载的差异，通常情况下，每个游戏的DX 12版本所需要的资源比旧版本的DX 11更少。
除了游戏内的支持外，在DirectX 11和DirectX 12之间进行选择还取决于你的硬件。几乎所有现代GPU都将支持DirectX 12，但对于像Radeon HD 4870这样较旧的GPU来说，情况就不一样了。这款GPU发布于2008年，最多只支持DirectX 10。这意味着它将无法运行大多数现代GPU使用DirectX 11和DirectX 12运行的游戏。
DirectX 12是你的正确选择吗？
总而言之，从DirectX 11切换到DirectX 12并非像听起来那么简单明了。这取决于多种因素，例如你的硬件、软件、操作系统以及游戏是否同时支持两者。在做出决定之前，需要考虑所有这些因素，对于下一代的DirectX也可能会是如此。