Windows 7时代来临：GPU应用全面评测

    [泡泡网显卡频道 2009年7月25日]千呼万唤使出来，在整个IT界活跃了两年的微软下一代操作系统Windows 7终于进入了工厂压盘、封装阶段,最终RTM版本也已经在互联网上广泛流传。根据微软的消息，Windows 7将于今年10月24日正式发布并公开销售。

    和Windows Vista不同，Windows 7早在消息泄漏之前，就广受外界以及用户关注。早在Windows Vista发布后不久，业界就有消息传出Windows Vista不过是微软的一个过渡方案，下一代操作系统（当时还没有确定系统代号）才是微软真正的重量级产品。

    而现在，主流桌面级操作系统的市场占有率也非常客观的反映出了这个现象。在笔者之前发表的《用测试数据说话!Win7适不适合玩游戏?》这篇文章中，特别对Windows Vista市场占有率反而还不足Windows XP这个问题进行了剖析，而相比起来，相同时间段的Windows 7显然更受关注。

    Windows 7给我们带来了一系列的新技术，可以更好的发挥出计算机内各种硬件的性能资源。正式因为如此，在之前我们的测试文章中，各大游戏在Windows 7下的性能表现超越了Windows Vista。而微软官方更是表示，奔腾2系列的计算机产品都可以运行Win 7，足以见得Windows 7对硬件的要求并不高，相对于Vista来说，硬件资源得到了更好的利用和展现。

    实际上，很多人在使用Windows 7感觉明显比Windows Vista速度快，这跟操作系统本身的设计思想是很大的原因的。众所周知，Windows 7之前的操作系统中的各种运算都是完全基于CPU，而Windows 7中首次将GPU也作为了操作系统的核心组成部分之一，与CPU组成了协同处理的一个环境。

    当然，我们并不是说CPU在新一代操作系统中不重要，根据微软的说法，Windows 7最大的改进就是利用了CPU+GPU双重威力，并进行资源上的合理分配。CPU与GPU都是Windows 7的核心组成部分，GPU不再仅用于图形。在Windows7中，CPU与GPU组成了协同处理环境。CPU运算非常复杂的序列代码，而GPU则运行大规模并行应用程序。 因此，安装Windows7的电脑CPU与GPU功能平衡，可以提供更快、更可视化的Windows7体验。

    上面的示意图展示的是Windows7的协同处理环境（CPU+GPU）如何处理主要运行序列代码的应用程序，如电子邮件、办公室应用程序（比如Word）、基本网页浏览等。在这种情况下，大部分应用程序处理工作由CPU进行，而GPU则将图像显示在屏幕上。 

    而上图展示的是Windows7的协同处理环境（CPU+GPU）如何处理需要并行运算的应用程序，如视频播放、视 频编 辑、视频转换、3D网页浏览、电脑游戏等。在这种情况下，Direct Compute利用GPU的运算力量，大大提高了应用程序处理速度。

    在Windows 7中，有非常非常多的应用都直接利用到了GPU加速，比如Media Player可以直接使用GPU加速H.264高清视频播放，使用GPU加速网页上多媒体的浏览、甚至微软最新发布的SilverLight 3.0也开始支持了GPU硬件加速。

    NVIDIA CEO黄仁勋表示：Windows 7是有史以来最重要的操作系统，因为GPU首次成为操作系统的核心组成部分，正如你所知，GPU早已经超越了图形处理的范畴，在Windows 7操作系统中，CPU将与GPU形成协同处理环境，其中CPU运算非常复杂的序列代码，而GPU则运行大规模并行应用程序。

    然而，Windows 7又是如何将GPU作为操作系统的核心组成部分之一的呢？——Direct Compute！

    微软的Direct Compute是一种全新GPU计算应用程序接口，运行于现有的CUDA/Stream架构之上（Windows VISTA和Windows 7）。当前的DX10 GPU以及未来DX11 GPU都能够支持Direct Compute。它让开发人员能够利用 GPU的大规模并行计算能力，创造出引人入胜的消费级和专业级计算应用程序。简单的说，Direct Compute就是微软开发的GPGPU通用计算接口，欲统一GPU通用计算标准。DirectX 11中的重要特性Compute Shader就是基于Direct Compute之上。

    正如你说想的那样，微软在Windows 7中采用了这一项激动人心的技术。简单的说，Direct Compute就是一个类似于CUDA/Stream的GPU通用计算应用程序接口，只有显卡厂商支持这个标准，那么用户就可以在Windows 7操作系统中，利用到这项技术。而微软或者其他软件开发上也可以开发出基于Direct Compute的应用程序。

  Compute Shader的最重要特性就是支持GPGPU通用计算，微软提供HLSL语言对Compute Shader进行支持。在这里我们举一个简单的例子来说明Compute Shader的优势：

    由于GPU的API目的是为了3D设计，输入的是材质，而输出的是图像。如果一个程序员想要利用GPU的API进行非3D设计，则需要将资料包装成材质，经过一番处理之后，再读取到计算后的资料。而DirectX 11可接受任意类型资料（非材质），并且可以不受图形渲染流程的限制，随时写入写出，这无疑为GPU的通用计算敞开了大门。同时，Compute Shader还完全支持双精度计算，可以更好的为科学计算提供服务。

    为了让大家更好的理解Direct Compute，NVIDIA特地给各大媒体提供了大量的演示视频，包括使用Direct Compute进行视频转码、游戏加速、物理加速等等，下面是笔者随便摘出来的一段视频演示： 

    以上视频展示的是Windows 7内置的视频转码工具应用Direct Compute在瞬间完成转码任务的过程，大家从视频中可以看到，利用Windows 7的内置视频转码工具，将普通的视频转换为Walkman支持的视频格式，在几秒钟就可以完成，足以见得Direct Compute的威力。

创作、分享和享受NVIDIA GPU所带来的高清视频

在GPU的强大支持下， Direct Compute利用简单的拖放就可以实现视频转换。

    Direct Compute不仅让视频的转换操作更加方便易行，而且利用GPU加速使得这一切操作变得更加快捷高效。实际上，Direct Compute在Windows 7上有非常非常多的应用，比如视频编辑、物理游戏加速等等。

    前面我们主要讲述了GPU在Windows 7操作系统下通用计算方面的应用，但是对于绝大部分用户来说，一颗高性能的GPU最终还是想要获得更好的3D性能。在之前我们推出的《用测试数据说话!Win7适不适合玩游戏?》这篇文章中，就提到了在Windows 7下，绝大多数游戏的性能表现比在Vista下还好。

    最近，NVIDIA频繁的更新了驱动程序，几乎每一次更新都加大了对Windows 7操作系统架构的优化，使得游戏性能一次一次的提升。现在，NVIDIA最新的驱动程序版本已经为190.38版，Windows 7 RTM也正式出炉，笔者本次利用最新的驱动程序+最新版本的Windows 7操作系统，再一次验证了NVIDIA GPU在Windows 7操作系统下的表现。

    这次测试平台采用了中档次的E8200搭配4GB内存，测试显卡包括NVIDIA目前热门的9800GT、GTS250以及GTX260+，A卡方面有HD4870与HD4850，可分别和GTX260+、GTS250进行性能对比（同级别产品），本想加入HD4830的测试，无奈手中暂时没有HD4830显卡，故取消。

    需要注意的是，本次HD4870采用的是显存容量为1GB、核心频率为770MHz的版本，因为手上也没有公版的HD4870，并且Win7下催化剂9.7驱动中的降频功能无效，故只能采用该频率。公版HD4870的规格为512MB 750MHz。

● 基准性能对比测试：3DMark Vantage

    3DMark Vantage在2008年四月底正式发布，全新的引擎在DX10特效方面和《孤岛危机》不相上下，也是目前唯一的DX10理论测试软件。

    为了避免考验显卡在3D状态下的真正实力，故本次并没有记录3DMark Vantage的总分，而是记录GPU子项目分数。从测试结果可以看出，GTX260+领先HD4870 1GB，而GTS250小幅度逊色HD4850。

● 战火 兄弟连：地狱之路

   在《战火兄弟连：地狱之路》这款游戏中，频率、显存容量均超过公版的HD4870表现出了很强的优势，而GTS250领先HD4850。

● DirectX 9游戏测试：求生之路

    《求生之路》和前面的《战火兄弟连：地狱之路》情况差不多，HD4870小幅领先GTX260+，而GTS250领先HD4850，看来在Windows 7操作系统下，N卡的表现确实不可小视。

● DirectX 9游戏测试：最后的神迹

    《最后的神迹》是近期评价比较高的一款DirectX 9游戏，在这款游戏中，N卡全面领先，性能非常不错，相信这其中很大程度上来自于驱动程序的更新。

● DirectX 10游戏测试：鬼泣4

    《鬼泣4》是一款难得的对硬件资源要求很低，且非常好玩的游戏，在这款游戏中，N卡再一次表现出了明显的领先优势，而且幅度还不小。

● DX10游戏测试：孤岛惊魂2

    《孤岛惊魂2》虽然使用了部分10.1特效，但是在DX10模式下，不支持DX10.1的N卡表现并没有受到任何影响，全面领先A卡,并且这款游戏对硬件资源要求也不是太高，9800GT级别的显卡都可以流畅运行。

● DX10游戏测试：《冲突世界》

    《冲突世界》采用了自行研发的MassTech引擎，支持多种当前的主流显示特效，如容积云，景深效果，软阴影等，光照系统也表现出色，尤其是半透明的容积云特效营造出了十分逼真的户外场景，物理加速结合体积光照渲染出了最逼真的爆炸效果。在这款游戏中，同样是N卡全面领先。

    《孤岛危机》号称显卡杀手，对显卡的要求确实很高，为了保障游戏的流畅，本次测试我们采用1440×900分辨率，显存容量和频率都较高的HD4870表现不错，不过中端显卡方面，GTS250就比HD4850强不少了，显存容量很重要。

    通过两篇关于Windows 7下GPU应用的文章，我们已经基本了解了在新一代操作系统之下，GPU显现出了前所未有的重要性，不仅仅是3D游戏方面性能有了很大的提升，而且在通用计算方面，Win7内置的Direct Compute也让GPU在非3D渲染时的性能得到利用，让用户真正意义上实现了以应用为主要目的的投资。 

    毋庸置疑，Windows 7将会是继Windows 95操作系统以来，最为出色的一款操作系统，笔者更认为它将再度续写Windows 98以及Windows XP的经典。这一次，不是UI界面的改变，不是稳定性的提升，而是完全实现你硬件价值的一次伟大的进步。

    而图形巨头NVIDIA对Windows 7的支持也非常积极，之前的那一次测试我们还因为NVIDIA没有提供Windows Vista、Windows 7一体化驱动程序而遗憾，现在NVIDIA也推出了Windows Vista/windows 7的一体化驱动程序，并且PhysX驱动也更新了版本，对Windows 7进行了深度支持。