DirectX-Preview soll Speicherbedarf von Raytracing-Daten drastisch senken

Was geschehen ist – die Kernmeldung ausführlich

Microsoft hat im Rahmen seiner DirectX-Entwicklerinitiative eine bedeutende Vorschau auf neue Raytracing-Funktionen veröffentlicht. Mit dem Agility SDK in der Version 1.722-preview erhalten Entwickler Zugriff auf innovative Techniken, die darauf abzielen, den Speicherbedarf für Raytracing-Daten drastisch zu reduzieren und die Effizienz bei der Aktualisierung von Beschleunigungsstrukturen zu verbessern. Die Neuerungen, die Microsoft als das wichtigste Update für DirectX Raytracing seit der Einführung im Jahr 2018 bezeichnet, konzentrieren sich primär auf die Art und Weise, wie Grafik-Engines mit komplexen geometrischen Daten und Szeneninstanzen umgehen. Dabei geht es nicht um eine fertige Optimierung für Endanwender, sondern um eine API-Vorschau, die es Softwareentwicklern ermöglicht, neue Ansätze zur Ressourcenverwaltung zu erproben. Die Kernmeldung unterstreicht den technologischen Fortschritt bei der Handhabung dynamischer Raytracing-Geometrie, wobei Microsoft explizit darauf hinweist, dass es sich um eine Testumgebung handelt. Spieler werden von diesen Verbesserungen zum jetzigen Zeitpunkt noch keine unmittelbare Leistungssteigerung in aktuellen Titeln spüren, da die Implementierung in Grafik-Engines und entsprechende Treiberanpassungen erst noch erfolgen müssen.

Die Einzelheiten der technischen Neuerungen

Die technische Umsetzung basiert auf zwei wesentlichen Säulen: Clustered Geometry und Partitioned Top-Level Acceleration Structures (PTLAS). Bei der Clustered Geometry wird die bisherige Methode, bei der Dreiecke eines Objekts in einer Bottom-Level Acceleration Structure (BLAS) organisiert sind, durch eine feinere Unterteilung ersetzt. Eine sogenannte Cluster Level Acceleration Structure (CLAS) fasst dabei maximal 256 Dreiecke und 256 Eckpunkte zusammen. Aus diesen Clustern setzt die Engine eine Cluster-BLAS zusammen, wobei bereits erzeugte Cluster wiederverwendet oder für verschiedene Detailstufen neu kombiniert werden können. Dieser Ansatz spart nicht nur Rechenzeit, sondern senkt signifikant den Speicherbedarf. Microsoft nennt hierbei ein Beispiel, bei dem der Speicherbedarf der Beschleunigungsstrukturen auf einer Radeon RX 9070 von 7519 MiB auf 774 MiB sank. Die zweite Neuerung, PTLAS, adressiert die übergeordnete Struktur der Szeneninstanzen. Anstatt bei jeder Änderung die gesamte Struktur neu zu berechnen, unterteilt PTLAS die Szene in Bereiche. In einer Domino-Demo konnte die Aktualisierungszeit durch PTLAS von 2,88 Millisekunden auf 0,79 Millisekunden reduziert werden. Zudem können Argumente für den Bau der Strukturen nun per Compute-Shader direkt auf der GPU erzeugt werden, was die CPU entlastet.

Hintergrund und bisheriger Verlauf

Seit der Einführung von DirectX Raytracing im Jahr 2018 war die Aktualisierung von Beschleunigungsstrukturen eine der größten Herausforderungen bei der Echtzeit-Grafikberechnung. Wenn sich Objekte in einer Szene bewegen oder ihre Details verändern, mussten bisher aufwendige Berechnungen durchgeführt werden, um die Grafikkarte über die neuen Trefferpunkte zu informieren. Diese sogenannten Beschleunigungsstrukturen sind essenziell für die Performance, da sie bestimmen, wie effizient die GPU nach Schnittpunkten zwischen Lichtstrahlen und Geometrie suchen kann. Bisherige Ansätze waren oft starr und erforderten bei dynamischen Szenen hohe Rechenkapazitäten. Microsofts Entscheidung, nun mit dem Agility SDK 1.722-preview einen neuen Weg einzuschlagen, ist das Ergebnis langjähriger Entwicklungsarbeit an der DirectX-Schnittstelle. Das Unternehmen reagiert damit auf die steigenden Anforderungen moderner Spiele-Engines, die immer komplexere Welten mit dynamischen Licht- und Schatteneffekten in Echtzeit darstellen müssen. Die Entwicklung hin zu einer feineren Granularität, wie sie nun durch Cluster-Strukturen erreicht wird, markiert einen Wendepunkt in der Art und Weise, wie Grafik-APIs die Interaktion zwischen CPU und GPU bei Raytracing-Aufgaben koordinieren.

Die Beteiligten und betroffene Hardware

An der Entwicklung und Bereitstellung dieser Funktionen sind maßgeblich Microsoft als Entwickler der DirectX-Schnittstelle sowie verschiedene Hardware-Partner beteiligt. Microsoft stellt die API zur Verfügung und liefert die notwendigen SDK-Komponenten. Auf der Hardware-Seite nennt das Unternehmen eine Reihe von unterstützten Systemen, die für die neue Vorschau relevant sind. Dazu gehören alle aktuellen Nvidia-RTX-Grafikkarten, die Radeon-RX-9000-Serie von AMD sowie Intels Arc-B-Serie und die Core-Ultra-Prozessoren der Serien 200V und 3. Auch Qualcomm plant, die Funktionen auf Snapdragon-X2-Plattformen zu integrieren, wobei die entsprechenden Treiber für das erste Halbjahr 2027 angekündigt wurden. Die Entwickler von Spiele-Engines sind die primäre Zielgruppe dieser Preview-Version, da sie die neuen Schnittstellen in ihre Software integrieren müssen. Es wird zudem erwähnt, dass das Spiel „Gears of War: E-Day“ bereits ähnliche Konzepte der Cluster-Geometrie nutzt, allerdings über eine proprietäre Schnittstelle von Nvidia, die als RTX-Mega-Geometry-Schnittstelle bekannt ist. Diese Akteure bilden das Ökosystem, das über den Erfolg und die Verbreitung der neuen DirectX-Raytracing-Techniken entscheiden wird.

Einordnung der Ergebnisse

Einzuordnen ist das so: Die von Microsoft präsentierten Zahlen, insbesondere die Reduzierung des Speicherbedarfs von über 7000 MiB auf unter 800 MiB, sind beeindruckend, müssen jedoch mit Vorsicht betrachtet werden. Den Berichten zufolge handelt es sich dabei um spezifische Messungen in einer Testumgebung, die nicht eins zu eins auf reale Spiele übertragen werden können. Microsoft warnt ausdrücklich davor, diese Werte als allgemeingültig für alle Anwendungen anzusehen, da in diesen Messungen lediglich die Raytracing-Beschleunigungsstrukturen berücksichtigt wurden. Andere wichtige Speicherkonsumenten wie Texturen oder Geometriepuffer blieben unberücksichtigt. Auch die Performance-Daten aus der Domino-Demo, bei der die PTLAS-Aktualisierung deutlich schneller war als ein vollständiger Neubau, sind als Einzelfall zu bewerten. Einzuordnen ist zudem, dass das anschließende Verfolgen der Strahlen in diesem speziellen Beispiel sogar etwas langsamer war. Es handelt sich also um eine Technologie, die zwar theoretisch enorme Vorteile bietet, deren praktische Auswirkungen auf die Bildrate und den Speicherverbrauch jedoch stark von der konkreten Implementierung durch die Spielentwickler abhängen werden.

Offene Fragen und Lücken

Der Quelltext lässt einige Fragen offen, die für die endgültige Bewertung der Technologie von Bedeutung wären. Zunächst bleibt unklar, wie hoch der zusätzliche Entwicklungsaufwand für Spiele-Studios sein wird, um die neue API-Struktur in bestehende Engines zu integrieren. Während die theoretischen Vorteile der Cluster-Geometrie und der PTLAS-Strukturen erläutert werden, fehlen konkrete Angaben dazu, welche Komplexität bei der Synchronisation der verschiedenen Aufrufe – etwa beim Bau der Cluster und der anschließenden TLAS-Aktualisierung – zu erwarten ist. Zudem wird nicht beantwortet, ob und wann diese Funktionen den Status einer stabilen, offiziellen Version erreichen werden, die für den breiten Einsatz in kommerziellen Spielen bereit ist. Auch die Frage, wie stark die Performance-Unterschiede zwischen verschiedenen GPU-Architekturen ausfallen werden, bleibt unbeantwortet, da die Treiberimplementierung hier eine entscheidende Rolle spielt. Die Lücke zwischen der theoretischen Leistungsfähigkeit in Demos und der tatsächlichen Performance in komplexen, modernen AAA-Spielen bleibt somit vorerst eine Unbekannte, die erst durch zukünftige Praxisberichte gefüllt werden kann.

Wie es weitergeht

Die Entwicklung befindet sich derzeit in einem frühen Stadium. Das Agility SDK 1.722-preview dient als Testplattform für Entwickler, um Erfahrungen mit den neuen API-Funktionen zu sammeln. Für Spieler folgt aus der Ankündigung noch kein unmittelbarer Geschwindigkeitsschub. Der nächste logische Schritt ist die Integration dieser Funktionen in die großen Spiele-Engines, was Zeit in Anspruch nehmen wird. Zudem müssen die Grafikkartenhersteller entsprechende Treiber bereitstellen, die die neuen Funktionen unterstützen. Während für die genannten Plattformen wie die Radeon-RX-9000-Serie oder die Arc-B-Serie die Unterstützung grundsätzlich möglich ist, hängt die tatsächliche Verfügbarkeit von der Treiber-Roadmap der jeweiligen Unternehmen ab. Qualcomm hat für seine Snapdragon-X2-Plattformen bereits einen Zeitrahmen für das erste Halbjahr 2027 gesteckt. Es ist davon auszugehen, dass Microsoft in den kommenden Monaten weitere Details zur API veröffentlichen und auf Basis des Feedbacks der Entwickler Anpassungen vornehmen wird, bevor eine reguläre, finale Version des SDKs in den breiten Umlauf gebracht wird.