DirectX 11显卡效率和画质全面测试
- 来源:微型计算机
- 关键字:数码
- 发布时间:2010-07-26 15:55
虽然DirectX 11显卡已经发布多时，但目前仍然有许多用户对它持观望态度。因为这部分用户认为目前该显卡价格还偏高，DirectX 11 API对游戏体验和性能改善不大，相比DirectX 10/10.1显卡没有明显优势。那么，事实真是这样吗？看完本文，一切谜底都将揭晓。
曾经叫好不叫座的DirectX 11显卡市场
目前，主流的DirectX 11显卡Radeon HD 5770/5750的大致价位分别是1150元～1299元以及799元～999元，而与之对应的同价位的上一代AMD显卡Radeon HD4870/4850的大致价位分别为999元～1199元以及599元～699元。按道理说，以相差不大的价格就能购买到DirectX 11显卡还是很划算的。可为什么不少玩家不愿意买单呢？一方面正如本文开篇所说那样，不少玩家认为DirectX 11显卡价格较贵，没有明显的技术革新；另一方面，DirectX 11显卡严重缺货的现状也将这部分用户推向了DirectX 10/10.1显卡的“怀抱”。
众所周知，AMD和NVIDIA都是台积电的重要客户，AMD和NVIDIA的40nm图形芯片都是由台积电代工。在台积电40nm产能不足的情况下，NVIDIA也在大规模推广40nm显卡，这进一步加剧了AMD DirectX 11显卡芯片产能不足的问题。更糟糕的是，台积电40nm产品的良品率也成为了DirectX 11显卡普及的拦路虎。有消息指出，由于设备腔体接合（chamber matching）故障，台积电良品率大幅度下跌至30%～40%，致使货源严重不足。
不过利好消息也是有的，AMD最近就宣布台积电40nm芯片供货已经大幅度改善，产能和良品率不佳的问题已经得到解决，很快市面就会看到造型各异的非公版DirectX 11显卡。其中，Radeon HD 5770和Radeon HD5750因为价格适中、性能较好受到厂商一致追捧。但部分玩家仍然对DirectX 11显卡心存疑虑，认为DirectX 11显卡虽然采用了40nm工艺，具备较低的功耗和发热量，可该显卡的性能却让人担心。它们认为DirectX 11对游戏性能提升不明显、画质改善不大，因此花费相对较高的价格购买相关产品没有太大意义。有鉴于此，我们特意收集了玩家最关心DirectX 11显卡表现的三个问题，并通过测试来验证答案。
比一比，看一看—DirectX 11显卡效率和画质性能实测
我们选取了最新的英特尔Core i5 750+P55作为测试平台，统一将游戏的分辨率设定为1920×1080，并根据不同的游戏设定不同的全屏抗锯齿和各向异性过滤。在显卡的选择方面，我们会选择Radeon HD 5870/5770/5750这三款不同档次的DirectX 11显卡进行测试。同时，我们还将比较Radeon HD 5770（代表DirectX 11）和RadeonHD 4870（代表DirectX 10/10.1）在DirectX 10/10.1游戏中的表现，以判断DirectX 11显卡在DirectX 10/10.1游戏中的真实性能。之所以选择这两款显卡，是因为它们最具代表性：同价位的新老两代AMD显卡，同为800SP，主打千元级显卡市场。在游戏的选择方面，在考察显卡在DirectX 11游戏里面的3D表现时，我们以《潜行者：普里皮亚季的召唤》和《科林麦克雷：尘埃2》作为DirectX 11游戏的代表进行测试；在考察显卡在DirectX 10/10.1游戏里面的3D表现时，我们以《孤岛危机》、《孤岛惊魂2》、《汤姆克兰西：鹰击长空》和《潜行者：普里皮亚季的召唤》（DirectX 10.1模式）进行测试。
在画质测试方面，我们将从DirectX 11 API着力改进的几个方面去考量DirectX 11游戏的画质表现，看看DirectX 11游戏的画质究竟有何不同。
DirectX 11模式下的总体性能领先非DirectX11模式
不少DirectX 10游戏都可以提供DirectX 10模式和DirectX 9.0c模式，DirectX 10显卡在DirectX 10模式下的性能明显不如在DirectX 9.0c模式下。这是因为在DirectX 10模式下，虽然画质提升了，但这是以牺牲游戏速度为代价的。那么DirectX 11显卡是否也如此呢？
通过测试来看，在DirectX 11游戏中，由于DirectX11优化了运算法则，因此在大部分环境下，DirectX 11显卡在DirectX 11模式下的大部分场景中的性能优于非DirectX 11模式。例如在《潜行者：普里皮亚季的召唤》中，Radeon HD 5770在DirectX 11下的性能比在DirectX 10.1下高出15%左右，而且RadeonHD 5770也比同档次的Radeon HD 4870高出16%左右。这个结果和我们之前对AMDRadeon HD 5000系列显卡测试结果基本吻合。但这是否意味着在所有DirectX 11游戏中，DirectX 11显卡在DirectX 11模式下的性能一定比在非DirectX 11模式下出色呢？答案是否定的。
●DirectX 11模式下的性能超过非DirectX 11模式的情况
这种情况出现在《潜行者：普里皮亚季的召唤》的测试中。《潜行者：普里皮亚季的召唤》主要添加的是Tessellation（曲面细分，在该游戏中主要用于人物模型）和HDAO（高清环境遮蔽）这两项DirectX 11技术，Tessellation和HDAO都提升了游戏的真实度和细节处理。更为重要的是，这两项技术都致力于改善运算法则，不会占用过多的GPU资源。
特别是HDAO特效，它并非DirectX 11显卡的专利，DirectX 10.1/10显卡同样支持。只是要实现这一特效，DirectX 10.1/10显卡需要耗费更多的ROP资源。而DirectX 11优化了运算法则，DirectX 11显卡可以以更小的性能损失实现HDAO特效。我们曾经测试过的首款DirectX 11游戏《BattleForge》就只添加了HDAO这一项DirectX 11特效，测试结果和《潜行者：普里皮亚季的召唤》类似。
不过需要注意的是，Tessellation仍然会耗费一定程度的ROP资源，只是《潜行者：普里皮亚季的召唤》主要将Tessellation应用在人物模型上，所以开启Tessellation特效以后，显卡性能下降并不明显，甚至性能更好。如果一旦在游戏中大量采用Tessellation特效也会耗费较多的ROP资源。
●DirectX 11模式下的性能不敌非DirectX 11模式的情况
这种情况出现在《科林麦克雷：尘埃2》的测试中，该游戏几乎涵盖了所有的DirectX 11特效。该游戏不仅加入了Tessellation（在该游戏中大量应用于人物、模型细节、纹理和光影）和HDAO技术，还加入多线程处理和改进的BC6H和BC7纹理压缩等DirectX 11技术。值得一提的是，该游戏的Post Process（后期处理）技术可以较好地提升游戏的清晰度。这些特效耗费了显卡的资源，导致DirectX 11显卡在DirectX 11模式下的性能不敌非DirectX 11模式。
我们知道，游戏图像在显示器呈现之前还要进行后期处理，即所谓Render Back-Ends（渲染后处理），简称RBE。游戏中常见的景深、动态模糊、色调映射、边缘侦测、平滑和锐化处理都是由RBE来完成，这些效果大都需要RBE在相邻像素点周围进行数据采样。现在借助DirectCompute 11技术，Radeon HD 5000系列显卡简化了编程者的RBE编程方式，提升了RBE的性能和拟真度，添加了新的回读通路，可以读取压缩的AA色彩缓冲数据。
理论上，Radeon HD 5000系列显卡在该游戏中会有出色的表现。不过在DirectX 11模式下，将PostProcess调高至最高以后，游戏性能下降幅度还是比较明显。
值得一提的是，《科林麦克雷：尘埃2》直接跳过了DirectX 10/10.1模式，只支持DirectX 9.0c和DirectX11。即在默认状态下，DirectX 11显卡工作在DirectX 11模式下，DirectX 10/10.1/9.0c显卡工作在DirectX 9.0c模式下。我们可以将游戏Config配置文件中的“directxforcedx9”选项设置为“true”，让DirectX 11显卡工作在DirectX 9.0c模式下。在DirectX 9.0c模式下，PostProcess只能设置为“Medium”（在DirectX 11模式下，该选项可以设置为“High”）， Ambient OCClusion(环境光遮蔽)选项也消失，所以显卡在DirectX 9.0c模式下以牺牲游戏画质为代价，获得了更加流畅的运行速度。
●DirectX 11提升了AA性能
DirectX 11 API 的另一个优势在于提升了DirectX11显卡在DirectX 11模式下的全屏抗锯齿的能力。在开启全屏抗锯齿之后，DirectX 11显卡在DirectX 11模式下的性能明显优于DirectX 10/10.1模式。例如在《潜行者：普里皮亚季的召唤》中，Radeon HD 5770（工作在DirectX11模式）开启AA前后的性能差距并不大，特别是4AA和8AA状态下的性能差距只有7%左右。而Radeon HD5770（工作在DirectX 10/10.1模式）在4AA和8AA状态下的性能差距则达到了17%左右。
在DirectX 10/10.1游戏中不分高低
虽然DirectX 11显卡在DirectX 11游戏中有比较明显的优势，但玩家会有这样的质疑：目前DirectX 10/10.1游戏仍然是市场主流，DirectX 11显卡在DirectX 10/10.1游戏中也会有令人信服的表现吗？性能可以大幅领先上一代、同档次的AMD显卡吗？
从实际测试来看，在DirectX 10/10.1游戏中，RadeonHD 5770和Radeon HD 4870处于同一水平线上，各有胜负。这证明，在DirectX 10/10.1游戏中，DirectX 11显卡并无优势可言。
人物造型丰满，画面更清晰
总体而言，在DirectX 11游戏中，DirectX 11显卡的3D性能优势比较明显。但我们知道，DirectX 11只是DirectX 10/10.1的超集，提升了渲染效率和编程能力，改善了部分画质。那这是否意味着DirectX 11画质相对于DirectX 10/10.1而言没有太大改善呢？我们重点对比了《潜行者：普里皮亚季的召唤》和《科林麦克雷：尘埃2》在DirectX 11模式和非DirectX 11模式下的画质区别（参见第90页和91页的对比图）。由于两款游戏添加的DirectX11特效不同，因此两款游戏在画质方面的表现各有千秋。
总结
综合测试，我们对DirectX 11显卡可以做如下总结：
1. DirectX 11优化了运算法则，这使得DirectX 11显卡在DirectX 11游戏中有更出色的表现；2.在DirectX 10/10.1游戏中，DirectX 11显卡的性能和上一代、同级别的AMD DirectX 10/10.1显卡大致相当；3. Radeon HD 5000系列显卡采用40nm工艺，功耗控制更加出色，能够满足玩家对显卡低功耗的需求；4. HDAO和Tessellation等DirectX 11特效提升了DirectX 11游戏的画质。
与DirectX 10画质于DirectX 9.0c画质的全面变革不同，DirectX 11画质相对于DirectX 10/10.1画质只能说是改善，并不是革命性的变化。不过在两款DirectX 11游戏上，我们确实看到一些足以提升我们游戏体验的特效，例如Tessellation技术，这在《潜行者：普里皮亚季的召唤》里的人物模型细节上体现得淋漓尽致。而《科林麦克雷：尘埃2》则大量使用了DirectX 11特效，特别是HDAO特效，很大程度上提升了光照效果的真实度。并且Post Process更是进一步提升了游戏的纹理、光影和清晰度。而在这些特效中，HDAO和多线程处理可以大幅提升DirectX 11显卡的性能，而Tessellation技术则使得游戏画面更加真实和柔和。至于Post Process，它使得画面的清晰度更高，但同时也占用了大量ROP资源。
综上所述，我们认为Radeon HD 5000系列显卡在3D性能、执行效率、画质方面的表现比较突出。同时，它的价格并不贵，和上一代显卡相比性价比较高。对玩家来说，花差不多的钱就能将DirectX版本升级至最新，拥有最新的技术，何乐而不为呢？
……
曾经叫好不叫座的DirectX 11显卡市场
目前，主流的DirectX 11显卡Radeon HD 5770/5750的大致价位分别是1150元～1299元以及799元～999元，而与之对应的同价位的上一代AMD显卡Radeon HD4870/4850的大致价位分别为999元～1199元以及599元～699元。按道理说，以相差不大的价格就能购买到DirectX 11显卡还是很划算的。可为什么不少玩家不愿意买单呢？一方面正如本文开篇所说那样，不少玩家认为DirectX 11显卡价格较贵，没有明显的技术革新；另一方面，DirectX 11显卡严重缺货的现状也将这部分用户推向了DirectX 10/10.1显卡的“怀抱”。
众所周知，AMD和NVIDIA都是台积电的重要客户，AMD和NVIDIA的40nm图形芯片都是由台积电代工。在台积电40nm产能不足的情况下，NVIDIA也在大规模推广40nm显卡，这进一步加剧了AMD DirectX 11显卡芯片产能不足的问题。更糟糕的是，台积电40nm产品的良品率也成为了DirectX 11显卡普及的拦路虎。有消息指出，由于设备腔体接合（chamber matching）故障，台积电良品率大幅度下跌至30%～40%，致使货源严重不足。
不过利好消息也是有的，AMD最近就宣布台积电40nm芯片供货已经大幅度改善，产能和良品率不佳的问题已经得到解决，很快市面就会看到造型各异的非公版DirectX 11显卡。其中，Radeon HD 5770和Radeon HD5750因为价格适中、性能较好受到厂商一致追捧。但部分玩家仍然对DirectX 11显卡心存疑虑，认为DirectX 11显卡虽然采用了40nm工艺，具备较低的功耗和发热量，可该显卡的性能却让人担心。它们认为DirectX 11对游戏性能提升不明显、画质改善不大，因此花费相对较高的价格购买相关产品没有太大意义。有鉴于此，我们特意收集了玩家最关心DirectX 11显卡表现的三个问题，并通过测试来验证答案。
比一比，看一看—DirectX 11显卡效率和画质性能实测
我们选取了最新的英特尔Core i5 750+P55作为测试平台，统一将游戏的分辨率设定为1920×1080，并根据不同的游戏设定不同的全屏抗锯齿和各向异性过滤。在显卡的选择方面，我们会选择Radeon HD 5870/5770/5750这三款不同档次的DirectX 11显卡进行测试。同时，我们还将比较Radeon HD 5770（代表DirectX 11）和RadeonHD 4870（代表DirectX 10/10.1）在DirectX 10/10.1游戏中的表现，以判断DirectX 11显卡在DirectX 10/10.1游戏中的真实性能。之所以选择这两款显卡，是因为它们最具代表性：同价位的新老两代AMD显卡，同为800SP，主打千元级显卡市场。在游戏的选择方面，在考察显卡在DirectX 11游戏里面的3D表现时，我们以《潜行者：普里皮亚季的召唤》和《科林麦克雷：尘埃2》作为DirectX 11游戏的代表进行测试；在考察显卡在DirectX 10/10.1游戏里面的3D表现时，我们以《孤岛危机》、《孤岛惊魂2》、《汤姆克兰西：鹰击长空》和《潜行者：普里皮亚季的召唤》（DirectX 10.1模式）进行测试。
在画质测试方面，我们将从DirectX 11 API着力改进的几个方面去考量DirectX 11游戏的画质表现，看看DirectX 11游戏的画质究竟有何不同。
DirectX 11模式下的总体性能领先非DirectX11模式
不少DirectX 10游戏都可以提供DirectX 10模式和DirectX 9.0c模式，DirectX 10显卡在DirectX 10模式下的性能明显不如在DirectX 9.0c模式下。这是因为在DirectX 10模式下，虽然画质提升了，但这是以牺牲游戏速度为代价的。那么DirectX 11显卡是否也如此呢？
通过测试来看，在DirectX 11游戏中，由于DirectX11优化了运算法则，因此在大部分环境下，DirectX 11显卡在DirectX 11模式下的大部分场景中的性能优于非DirectX 11模式。例如在《潜行者：普里皮亚季的召唤》中，Radeon HD 5770在DirectX 11下的性能比在DirectX 10.1下高出15%左右，而且RadeonHD 5770也比同档次的Radeon HD 4870高出16%左右。这个结果和我们之前对AMDRadeon HD 5000系列显卡测试结果基本吻合。但这是否意味着在所有DirectX 11游戏中，DirectX 11显卡在DirectX 11模式下的性能一定比在非DirectX 11模式下出色呢？答案是否定的。
●DirectX 11模式下的性能超过非DirectX 11模式的情况
这种情况出现在《潜行者：普里皮亚季的召唤》的测试中。《潜行者：普里皮亚季的召唤》主要添加的是Tessellation（曲面细分，在该游戏中主要用于人物模型）和HDAO（高清环境遮蔽）这两项DirectX 11技术，Tessellation和HDAO都提升了游戏的真实度和细节处理。更为重要的是，这两项技术都致力于改善运算法则，不会占用过多的GPU资源。
特别是HDAO特效，它并非DirectX 11显卡的专利，DirectX 10.1/10显卡同样支持。只是要实现这一特效，DirectX 10.1/10显卡需要耗费更多的ROP资源。而DirectX 11优化了运算法则，DirectX 11显卡可以以更小的性能损失实现HDAO特效。我们曾经测试过的首款DirectX 11游戏《BattleForge》就只添加了HDAO这一项DirectX 11特效，测试结果和《潜行者：普里皮亚季的召唤》类似。
不过需要注意的是，Tessellation仍然会耗费一定程度的ROP资源，只是《潜行者：普里皮亚季的召唤》主要将Tessellation应用在人物模型上，所以开启Tessellation特效以后，显卡性能下降并不明显，甚至性能更好。如果一旦在游戏中大量采用Tessellation特效也会耗费较多的ROP资源。
●DirectX 11模式下的性能不敌非DirectX 11模式的情况
这种情况出现在《科林麦克雷：尘埃2》的测试中，该游戏几乎涵盖了所有的DirectX 11特效。该游戏不仅加入了Tessellation（在该游戏中大量应用于人物、模型细节、纹理和光影）和HDAO技术，还加入多线程处理和改进的BC6H和BC7纹理压缩等DirectX 11技术。值得一提的是，该游戏的Post Process（后期处理）技术可以较好地提升游戏的清晰度。这些特效耗费了显卡的资源，导致DirectX 11显卡在DirectX 11模式下的性能不敌非DirectX 11模式。
我们知道，游戏图像在显示器呈现之前还要进行后期处理，即所谓Render Back-Ends（渲染后处理），简称RBE。游戏中常见的景深、动态模糊、色调映射、边缘侦测、平滑和锐化处理都是由RBE来完成，这些效果大都需要RBE在相邻像素点周围进行数据采样。现在借助DirectCompute 11技术，Radeon HD 5000系列显卡简化了编程者的RBE编程方式，提升了RBE的性能和拟真度，添加了新的回读通路，可以读取压缩的AA色彩缓冲数据。
理论上，Radeon HD 5000系列显卡在该游戏中会有出色的表现。不过在DirectX 11模式下，将PostProcess调高至最高以后，游戏性能下降幅度还是比较明显。
值得一提的是，《科林麦克雷：尘埃2》直接跳过了DirectX 10/10.1模式，只支持DirectX 9.0c和DirectX11。即在默认状态下，DirectX 11显卡工作在DirectX 11模式下，DirectX 10/10.1/9.0c显卡工作在DirectX 9.0c模式下。我们可以将游戏Config配置文件中的“directxforcedx9”选项设置为“true”，让DirectX 11显卡工作在DirectX 9.0c模式下。在DirectX 9.0c模式下，PostProcess只能设置为“Medium”（在DirectX 11模式下，该选项可以设置为“High”）， Ambient OCClusion(环境光遮蔽)选项也消失，所以显卡在DirectX 9.0c模式下以牺牲游戏画质为代价，获得了更加流畅的运行速度。
●DirectX 11提升了AA性能
DirectX 11 API 的另一个优势在于提升了DirectX11显卡在DirectX 11模式下的全屏抗锯齿的能力。在开启全屏抗锯齿之后，DirectX 11显卡在DirectX 11模式下的性能明显优于DirectX 10/10.1模式。例如在《潜行者：普里皮亚季的召唤》中，Radeon HD 5770（工作在DirectX11模式）开启AA前后的性能差距并不大，特别是4AA和8AA状态下的性能差距只有7%左右。而Radeon HD5770（工作在DirectX 10/10.1模式）在4AA和8AA状态下的性能差距则达到了17%左右。
在DirectX 10/10.1游戏中不分高低
虽然DirectX 11显卡在DirectX 11游戏中有比较明显的优势，但玩家会有这样的质疑：目前DirectX 10/10.1游戏仍然是市场主流，DirectX 11显卡在DirectX 10/10.1游戏中也会有令人信服的表现吗？性能可以大幅领先上一代、同档次的AMD显卡吗？
从实际测试来看，在DirectX 10/10.1游戏中，RadeonHD 5770和Radeon HD 4870处于同一水平线上，各有胜负。这证明，在DirectX 10/10.1游戏中，DirectX 11显卡并无优势可言。
人物造型丰满，画面更清晰
总体而言，在DirectX 11游戏中，DirectX 11显卡的3D性能优势比较明显。但我们知道，DirectX 11只是DirectX 10/10.1的超集，提升了渲染效率和编程能力，改善了部分画质。那这是否意味着DirectX 11画质相对于DirectX 10/10.1而言没有太大改善呢？我们重点对比了《潜行者：普里皮亚季的召唤》和《科林麦克雷：尘埃2》在DirectX 11模式和非DirectX 11模式下的画质区别（参见第90页和91页的对比图）。由于两款游戏添加的DirectX11特效不同，因此两款游戏在画质方面的表现各有千秋。
总结
综合测试，我们对DirectX 11显卡可以做如下总结：
1. DirectX 11优化了运算法则，这使得DirectX 11显卡在DirectX 11游戏中有更出色的表现；2.在DirectX 10/10.1游戏中，DirectX 11显卡的性能和上一代、同级别的AMD DirectX 10/10.1显卡大致相当；3. Radeon HD 5000系列显卡采用40nm工艺，功耗控制更加出色，能够满足玩家对显卡低功耗的需求；4. HDAO和Tessellation等DirectX 11特效提升了DirectX 11游戏的画质。
与DirectX 10画质于DirectX 9.0c画质的全面变革不同，DirectX 11画质相对于DirectX 10/10.1画质只能说是改善，并不是革命性的变化。不过在两款DirectX 11游戏上，我们确实看到一些足以提升我们游戏体验的特效，例如Tessellation技术，这在《潜行者：普里皮亚季的召唤》里的人物模型细节上体现得淋漓尽致。而《科林麦克雷：尘埃2》则大量使用了DirectX 11特效，特别是HDAO特效，很大程度上提升了光照效果的真实度。并且Post Process更是进一步提升了游戏的纹理、光影和清晰度。而在这些特效中，HDAO和多线程处理可以大幅提升DirectX 11显卡的性能，而Tessellation技术则使得游戏画面更加真实和柔和。至于Post Process，它使得画面的清晰度更高，但同时也占用了大量ROP资源。
综上所述，我们认为Radeon HD 5000系列显卡在3D性能、执行效率、画质方面的表现比较突出。同时，它的价格并不贵，和上一代显卡相比性价比较高。对玩家来说，花差不多的钱就能将DirectX版本升级至最新，拥有最新的技术，何乐而不为呢？
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