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新世代ビデオカード スーパーガイド DirectX 11、GPGPU、新アーキテクチャFermi……激変するPCグラフィックスを追え!

TEXT:西川善司

ATI、NVIDIA激突!

DirectX 11世代GPUの特性とは?

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遅れていたNVIDIAのFermiコアベースのGeForce GTX 400シリーズが正式発表され、ATIとNVIDIAの両ブランドのDirectX 11世代GPUが市場で対峙することとなった。ここではDirectX 11の基本と、両ブランドのGPUの特徴について整理してみよう

DirectX 11対応GPUで描画は何が変わる

 DirectXとはMicrosoftのWindows環境下のマルチメディアコンポーネントAPIの総称で、音響関連を司るDirectMusic、マンマシンインターフェースを司るDirectInputなど多様なもので構成されるが、とくに進化の著しいのが3Dグラフィックスを司るDirect3Dだ。近年業界では、「DirectX≒Direct3D」という共通認識が浸透しつつある。さて、その最新世代のDirectXが「DirectX 11」なのだが、これはWindows 7/Vistaで利用可能となっている(XPには未対応)。
 DirectX 10.xからさまざまな改良や拡張が行なわれたDirectX 11だが、もっともホットなトピックは「テッセレーションステージの標準搭載」だろう。DirectX 11では、陰影の計算やレンダリングなどを行なうプログラマブルシェーダーのバージョンが5.0(Shader Model 5.0)へと進化し、新設されたテッセレーションステージに対応するための新しいシェーダーユニットが設定されている。
 テッセレーションとは、一言で言うならば「ポリゴンの自動分割機構」で、もっとも直接的な活用はLODシステムへの応用だ。LODはLevel of Detailの略で、用語の定義としてはリアルタイムに描画品位を制御する仕組のことを指す。このLOD効果がよく分かるテッセレーションの応用法が、視点からの距離に応じて描画する3Dモデルのポリゴン数を増減させる仕組だ。具体的には「視点から近い3Dモデルは多ポリゴンで高品位に描き、視点が遠く粗さが目立ちにくいものは低ポリゴンで描く」という制御を行なう。従来はこの仕組をゲームエンジン側にソフトウェア(CPU)で実装していたが、DirectX 11世代では、これをGPU内部で行なえるようにしている。
 テッセレーションステージを構成するドメインシェーダーでは、凹凸情報を記録させたテクスチャマップをポリゴンモデルに適用させるディスプレースメントマッピングも行なえ、これもDirectX 11の特徴の一つとなっている。この技術を用いることで、アニメーションやシミュレーションを粗いポリゴンモデルに適用して演算負荷を低減させつつ、描画時にはその3Dモデルに対し、盛ったり削ったりの粘土細工的なディスプレースメントマッピングを適用することで、高品位な3Dキャラクター表現を実現できる。

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折り紙でたとえるならば、ハルシェーダーは折り目を計画して、テッセレータで折り目を設定して、 ドメインシェーダーで実際に折るというイメージ

ディスプレースメントマッピングの例

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低ポリゴンの3Dモデル(左)を多ポリゴン化(中央)し、ディスプレースメントマッピング(右)によりディテールを表現。ビジュアルは高品位にしつつも、アニメーションなどは低ポリゴンで低負荷に実行できる

DirectX 11世代のRadeonとGeForceの違いは?

 最上位モデルを例にATIとNVIDIAのアーキテクチャを比較してみると、それぞれの今世代のGPUの設計思想がおぼろげに見えてきて興味深い。まず、ATIの5800シリーズだが、ブロックダイヤグラムの左右のそれぞれのシェーダーコアはきれいに4800そのままなのが見て取れる。つまり、先代の4800シリーズを倍化してテッセレーションステージなどのDirectX 11対応機能を加えたのが5800シリーズなのだ。いうなれば、「“ビッグ”マイナーチェンジ」といった風情だ。NVIDIAに先駆けてDirectX 11世代GPUを投入できたこと、短期間にDirectX 11世代GPUをフルラインナップにできたのはこの辺りに秘密がありそうだ。

Radeon HD 5870のブロックダイヤグラム

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 対するNVIDIAの400シリーズは、シェーダーコアの階層構造とキャッシュシステムを一新させており、いわゆる「フルモデルチェンジ」に近いアーキテクチャとなっている。これが製品投入に手間取った理由なのだろう。特徴的なのは、ブロックダイヤグラムを見ても分かるように、シェーダーコアの階層構造を刷新して小さなGPUが四つあるような構造としている点。NVIDIAはこの四つのミニGPUコアをGPC(Graphics ProcessingCluster)と命名している。各GPCはシェーダーユニットはもちろん、ラスタライザ、テッセレーションエンジンまでを有しており、メモリに書き出す仕組を4GPCで共有化している以外は、各GPCはまさにマルチコアGPUの形態だ。

GeForce GTX 280のブロックダイヤグラム

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GeForce GTX 480のブロックダイヤグラム

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 DirectX 10.x世代までのゲームでの性能は拮抗しそうだが、テッセレーションエンジンを複数持っている400シリーズは、DirectX11を活用したゲームではパフォーマンスが上回るかもしれない。ただ、先行してフルラインナップを確立した5000シリーズはコストパフォーマンスで優れている。

DirectX 11対応ゲーム

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DirectX 11テッセレーションステージに対応した3Dゲームソフトには「Colin McRae: DiRT 2」、「METRO2033」、「Aliens vs. Predator」などがある

ColinMcRae: DiRT 2 (c) 2009 The Codemasters Software Company Limited("Codemasters"). All rights reserved.

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