光追诞生8年来最重磅升级！AMD显卡帧率飞升66倍，时间加快254倍

2018年，光线追踪技术第一次在PC显卡上落地，也就是NVIDIA RTX 20系列，同时微软发布DirectX Raytracing（DXR）API，成为行业通用技术标准。

现在，微软发布了DX12 Agility SDK开发包的最新版，包括1.620正式版、1.722预览版，尤其后者引入了多项全新的光追技术，显著提升了性能。

这是DXR 8年来的第四次重点升级，也是最重磅的一次升级！

【光追飞跃，AMD很开心】

DX12 Agility SDK 1.722预览版的核心新增特性，包括集群几何体（Clustered Geometry）、分区顶层加速结构（Partitioned Top-Level Acceleration Structures，缩写PTLAS），以及GPU驱动的加速结构构建（GPU-driven acceleration structure builds）。

它们都属于DX Raytracing的底层高级图形特性，可以降低在复杂的动态环境下，进行光追踪计算时的开销。

传统上，光追需要构建并更新加速结构，用来表示场景几何体，也就是光追包围体层次结构（BVH）。

在包含大量动画、几何体流式加载、物体频繁变动等的环境中，因为细节往往是海量级别的，这一过程的计算开销尤为高昂。

新的集群几何体可以将几何体拆分为更小的、可重复使用的丛簇，而每个丛簇包含最多256个三角形和256个顶点。这些丛簇又可以组合成更大的加速结构，而无需从头开始重复构建几何体。

如此一来，开发者就可以在光栅化渲染和光追渲染中，重复使用同一套高细节的几何体，而且不需要付出过高的加速结构构建成本，就能提升反射与阴影的准确度。

以下是微软利用dx12_forest_ray_tracing演示集群模板（cluster templates）优化动态地形的构建。

在远景处，集群模板构成方形区块；向中景推进时，区块分辨率翻倍；到了近景，递归细分为三角形区块。

通过这一方式，画面在屏幕空间内实现了近乎均匀的三角形密度。

PTLAS允许开发者只更新场景中发生改变的部分，而不是完全重建整个顶层加速结构。

再结合GPU加速构建，就能提高大型、动态游戏世界的渲染效率。

有趣的是，微软还提到了NVIDIA RTX Mega Geometry技术，称它是实现同类技术的早期尝试。

如今有了这套新的DX标准化技术，可以让不同GPU厂商都获得类似技术。

NVIDIA RTX Mega Geometry技术演示（Zorah场景）

集群几何体

三角形模式

DX12 Agility SDK 1.722预览版目前支持的显卡如下，只需更新驱动即可：

－ NVIDIA RTX 50/40/30/20全系列

－ AMD RX 9000系列

－ Intel Arc B系列、酷睿Ultra核显系列

至于是否能下放给AMD RX 7000系列、Intel Arc A系列，暂时不详。

微软还通过其
D3D12RaytracingClusteredGeometry示例，展示了集群几何体对比传统底层加速结构（BLAS）的性能提升，截图一是传统BLAS模式，二是集群几何体模式。

演示显卡居然不是NVIDIA，而是AMD Radeon RX 9070，集群几何体可以让帧率从区区1.2FPS，骤然提升到79FPS，加速到了原来的约66倍。

更惊人的是，加速结构构建时间从788ms缩短至3.11ms，提速多达约254倍。

另外，GPU光追时间从72.6ms缩短至9.27ms，提速约7.8倍。

静态加速结构显存占用从723MB降至527MB，减少约27.1%；动画加速结构显存占用从6794MB降至244MB，减少约96.4%；加速结构显存占用总计从7519MB降至774MB，减少约89.7%。

唯一可接受的代价，就是临时显存需求更高，静态构建临时显存占用从1.83MB增至526MB，动态构建临时显存占用从8.25MB增至179MB。

传统BLAS模式

集群几何体模式

测试结果

同时，微软利用RTX 4090，对比了传统TLAS、新的PTLAS。

可以注意到，在大量多米诺骨牌倾倒时，二者的场景更新时间存在巨大差异：TLAS每一帧都需要完整重建，耗时长达2.88ms，而PTLAS采用局部写入（本例中为4702次写入），只需要0.79ms，提速约2.6倍。

当然，PTLAS的光线追踪耗时略高，从1.29ms增至1.96ms，增幅约52%，但这一代价换来了更新效率的大幅提升，是值得的。

传统TLAS

新的PTLAS

最后，微软调试和分析工具PIX已经支持集群几何体、PTLAS，不过还处于预览阶段。

【显卡崩溃的原因更好找了】

DX12 Agility SDK 1.620正式版重点改进了微软的高级着色器交付技术（Advanced Shader Delivery）。

最值得注意的是，部分图形程序（Partial Graphics Programs）允许开发者在多个管线配置之间，重复使用预编译的着色器组件，从而有可能减小着色器包体积，并降低编译开销。

AMD、Intel、NVIDIA、高通GPU均已在Windows系统下支持高级着色器交付，不过部分图形程序优化目前仅限AMD RX 9000/7000系列。

其他改进还有：

用于诊断GPU崩溃的DX转储文件（DirectX Dump Files）、Fence Barriers Tier 1、批量异步命令列表API（Batched Asynchronous Command List），以及面向机器学习负载的DX计算图编译器（DirectX Compute Graph Compiler）运行时接口。

DX转储文件功能非常实用，可以帮助游戏记录GPU崩溃时的相关信息，尤其是GPU在被Windows重置之前正在执行的操作，并发送给开发者做进一步排查。

在以往，开发者调查GPU崩溃原因往往十分困难，因为很多问题只会在特定显卡、驱动或游戏设置下出现。

DX转储文件让开发者不需要拥有GPU崩溃时相同的硬件平台，就能分析当时究竟发生了什么。

开发者可使用微软PIX工具的2610.28版本打开崩溃报告，分析问题成因，而且同一份报告可以在不同的PC上进行分析，方便团队协作。

该功能目前支持AMD RX 9000/7000系列、NVIDIA RTX 50/40/30/20系列（R620或更新驱动）。

Intel和高通将通过驱动更新在未来提供支持，其中高通的仅限骁龙X2系列。

微软还确认，Shader Model 6.10目前仍处于预览阶段，正式版计划在12月初随同DX12 Agility SDK 1.621正式版一起发布。