Visual Studio 2010 공식 팀 블로그 @vsts2010

앞선 시간에서 우리는 GPGPU 의 실행에 대한 간단한 개념에 살펴보았습니다.
이제 실제적으로 GPGPU 를 활용하는 절차를 살펴볼 차례입니다.
큰 절차는 다음과 같습니다.

< DirectCompute 의 초기화 >

가장 먼저 DirectCompute 를 초기화 해야 합니다.
 

hr = D3D11CreateDevice

(

     NULL,     // default gfx adapter

  D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE,  // use hw

     NULL,               // not sw rasterizer

     uCreationFlags,     // Debug, Threaded, etc.

     NULL,               // feature levels

     0,                  // size of above

     D3D11_SDK_VERSION,  // SDK version

     ppDeviceOut,        // D3D Device

     &FeatureLevelOut,   // of actual device

     ppContextOut );     // subunit of device

);

어디서 많이 본 API 라고 생각이 드시죠.
DirectCompute 를 초기화하는 작업은 바로 전통적인 CreateDevice() API 를 사용하는 것입니다.
즉, DirectX 를 사용하는 것입니다.
이로 인해서 DirectX 는 더욱 더 넓은 범위에서 활용되어 질 것입니다.


< HLSL 의 로드 >

그 다음은 실제적으로 GPU 가 실행을 하게될 로직을 로드할 차례입니다.
이것은 워낙 다양할 수 있는 부분이기 때문에, 여기서는 간단하게 예를 들겠습니다.


#define BLOCK_SIZE 256

StructuredBuffer   gBuf1;
StructuredBuffer   gBuf2;
RWStructuredBuffer gBufOut;

[numthreads(BLOCK_SIZE,1,1)]
void VectorAdd( uint3 id: SV_DispatchThreadID )
{
  gBufOut[id] = gBuf1[id] + gBuf2[id];
}

보통 이를 두고 ComputeShader 라고 합니다.
ComputeShader 를 위한 여러종류의 버퍼가 존재합니다.
더 많은 종류의 버퍼는 차후에 설명드리기로 하겠습니다.

StructuredBuffer 라고 정의된 키워드는 C언어의 구조체와 같은 구조를 가집니다.
즉, 개발자가 정의한 구조체입니다.
그런데 앞에 식별자가 없으면 읽기 전용이라는 의미입니다.
반면에 앞에 'RW' 라고 명시된 버퍼는 읽기/쓰기 가 가능한 버퍼라는 의미입니다.
우리는 GPU 가 처리한 결과는 읽기/쓰기가 가능해야 하기 때문에,
결과를 저장하는 버퍼는 'RW" 가 명시되어 있습니다.
최적화를 위해서 각 목적에 맞게 버퍼를 사용해야 할 것입니다.^^


< ComputeShader 의 생성 >

pD3D->CreateComputeShader( pBlob->GetBufferPointer(),
                                             pBlob->GetBufferSize(),
                                             NULL,
                                             &pMyShader );  // hw fmt

CreateComputeShader() API 를 통해서 간단히 ComputeShader 를 생성할 수 있습니다.


< 입력을 위한 GPU 버퍼 만들기 >

우리가 GPGPU 를 활용하는 것은 CPU 를 활용하는 것보다 빠르게 결과를 도출하기 위해서입니다.
이를 위해서는 GPU 가 빠르게 액세스할 수 있는 버퍼가 있어야 할 것이며,
당연히 이것은 비디오 메모리에 존재해야 할 것입니다.
그래서 우리는 DirectX 인터페이스를 통해서 비디오 메모리를 생성을 합니다.


D3D11_BUFFER_DESC descBuf;
ZeroMemory( &descBuf, sizeof(descBuf) );
desc.BindFlags = D3D11_BIND_UNORDERED_ACCESS;
desc.StructureByteStride = uElementSize;
desc.ByteWidth = uElementSize * uCount;
desc.MiscFlags = D3D11_RESOURCE_MISC_BUFFER_STRUCTURED;

pD3D->CreateBuffer( &desc, pInput, ppBuffer );

주의해야 할 것은 바로 'BindFlags' 입니다.
'D3D11_BIND_UNORDERED_ACCESS' 라는 플래그를 주고 있습니다.
이것은 PixelShader 나 ComputeShader 에서 병렬적으로 실행하는 버퍼를 의미합니다.


< 뷰를 만들자!! >

버퍼 리소스를 만들었으면, 이제 이를 실제 파이프라인에서 액세스할 수 있는 매커니즘을 만들어야 합니다.
즉, ShaderResourceView 를 만들어야 합니다.
DirectX10 부터는 아래와 같이 리소스들을 다루어야 합니다.

pD3D->CreateUnorderedAccessView( pBuffer, // Buffer view is into
                                                      &desc,  // above data
                                                      &pMyUAV ); // result


중요한 부분은 ViewDimension 부분입니다.
'D3D11_UAV_DIMENSION_BUFFER' 를 설정하고 있는데,
이는 ComputeShader 상에서 이 버퍼를 일반적인 버퍼로 보겠다는 의미입니다.
즉, 샘플링 작업을 전혀하지 않습니다. 
이는 어떠한 수정도 없이 데이터를 있는 그대로 보존합니다.


< 실행 단계 >

이제까지는 모두 준비 단계였습니다.
이제는 실제 실행 단계에 대해서 언급해 보겠습니다.

먼저, ComputeShader 를 현재 파이프라인 스테이지에 아래와 같이 바인딩 해주어야 합니다.
pD3D->CSSetShader( pMyShader, NULL, 0 );


그 다음에는 뷰를 바인딩해야 합니다.
pD3D->CSSetUnorderedAccessViews( 0,
                                                        1,
                                                       &pMyUAV,
                                                       NULL );


이제 마지막으로 GPU 에게 현재 바인딩된 내용을 바탕으로 연산해 줄 것을 요청합니다.
pD3D->Dispatch( GrpsX, GrpsY, GrpsZ );


이제 실행의 단계가 모두 끝났습니다.
이 단계까지 끝나면, 실행 결과가 비디오 메모리에 존재합니다.
우리가 결과를 확인하기 위해서는 CPU 가 액세스할 수 있는 버퍼로 결과를 복사해야 합니다.


< 결과 복사해 오기 >

결과를 CPU 가 액세스 하기 위해서는 어떻게 해야 할까요?
이전 시간을 통해서 언급드렸듯이,
DX10 부터는 리소스에 대한 세부적인 액세스 권한에 대한 플래그를 설정할 수 있습니다.
그래서 다음과 같은 설정으로 버퍼를 만듭니다.

D3D11_BUFFER_DESC desc;
ZeroMemory( &desc, sizeof(desc) );
desc.CPUAccessFlags = D3D11_CPU_ACCESS_READ;
desc.Usage = D3D11_USAGE_STAGING;
desc.BindFlags = 0;
desc.MiscFlags = 0;
pD3D->CreateBuffer( &desc, NULL, &StagingBuf );

'D3D11_CPU_ACCESS_READ' 라는 플래그를 통해서,
이 버퍼는 CPU 가 액세스 할 수 있는 형태로 만듭니다.
그리고 'D3D11_USAGE_STAGING' 라는 플래그를 통해서
단순히 비디오 메모리에 있는 내용을
CPU 도 접근 할 수 있는 메모리로 복사해오는 버퍼임을 명시합니다.


그리고 아래와 같이, 준비해둔 버퍼에 실제로 메모리를 복사해 옵니다.
pD3D->CopyResource( StagingBuf, pBuffer );

마침내 우리는 GPU 에 의해서 처리된 결과를 확인할 수 있게 되었습니다.


< 마치며...>

지금까지 DirectCompute 를 활용하는 일련의 절차에 대해서 살펴보았습니다.
DirectX11 의 API 가 생소해서 어려워 보일 수 있지만,
실제로 DirectCompute 의 절차는 그리 복잡하지는 않습니다.
현재 DirectCompute 의 활용은 SDK 샘플에 'NBodyGravity' 라는 이름으로 들어있습니다.
제가 여기에 대해서 자세히 언급드리면 좋겠지만,
그것은 차후로 미루기로 하겠습니다.^^


참고 자료
http://microsoftpdc.com/Sessions/P09-16
본 내용은 위의 PDC 를 참고해서 만들었습니다.

앞선 시간을 통해서 GPGPU 를 위해서 마이크로소프트가 제공하는 플랫폼이
DirectCompute 라는 것이라고 말씀드렸습니다.
앞으로 DirectX11 을 지원하는 모든 그래픽카드들은 이 DirectCompute 를 지원할 것입니다.
그 이외에도 일부 DirectX10 을 지원하는 그래픽카드들도 지원을 하고 있습니다.


GPGPU 를 위해서 가장 기본적이고 핵심이 되는 기능은 무엇일까요?
저는 GPU 에서 처리된 메모리를 CPU 쪽의 메모리로 보내는 것이라고 생각합니다.
( 이는 개인 의견입니다.^^ )
즉, 그래픽카드에 있는 메모리를 메인메모리로 보내는 작업입니다.
DirectX9 세대까지는 이 작업이 불가능 했습니다.
예를 들면, 그래픽스 파이프라인 중간에 처리된 결과를 다시 가공할 수 있는 방법은
VertexShader 나 PixelShader 같은 쉐이더 스테이지 정도 뿐이였습니다.

하지만 DirectX10 부터는 이들에 대한 중간 결과를 메인메모리로 보내는 기능이 추가되어지면서,
GPGPU 의 시작을 알렸다고 생각합니다.
이 단순한 Copy 작업이 앞으로도 얼마나 유용하게 사용될 수 있을지는 기대가 상당합니다.



< DirectCompute 를 위한 ComputeShader >

DirectCompute 를 위해서 개발자가 할 일은 ComputeShader 를 작성하는 일입니다.
ComputeShader 는 HLSL 이라는 기존 DirectX 의 쉐이더 문법 구조로 작성을 합니다.

HLSL 코드는 DirectX 쉐이더 컴파일러인 FXC 나 API 를 통해서 컴파일 됩니다.
HLSL 은 결국 최적화된 IL 코드를 생성하게 되고,
이 IL 코드를 기반으로 런타임에 각각의 하드웨어에 최적화된 명령어들로 변환되어져서 실행됩니다.


< GPGPU 에게 실행이란? >

GPGPU 를 활용해서 실행한다는 것은 하드웨어 내부적으로 어떻게 동작하도록 할까요?
앞선 시간에 GPU 는 병렬 처리에 최적화된 많은 SIMD 형태로 구성되어져 있다고 언급했었습니다.
결국 이들은 스레드들의 그룹으로써 실행합니다.
스레드들을 얼마나 많이 생성할 것인지를 개발자가 정해주면, 그에 맞게 연산을 수행합니다.

API 에서는 이들을 큰 그룹으로 나누어 줍니다.
큰 그룹으로 나누어 주는 API 는 ID3D11DeviceContext::Dispatch() 입니다.

ipImmediateContextPtr->Dispatch( 3, 2, 1 );

이렇게 큰 블럭 단위로 나누고 난 후에
ComputeShader HLSL 에서는 이들을 세부적인 스레들로 분할하는 문법을 지정합니다.

[numthreads(4, 4, 1)]
void MainCS( ... )
{
        ....
}

결과적으로 위의 그림처럼 스레드들이 생성되어서 병렬적으로 실행이 됩니다.
위에 나열된 숫자들은 스레드 ID 로써의 역활을 합니다.
즉, 어떤 스레드의 ID 가 MainCS 함수에 파라메터로 넘오오면,
그 ID 를 통해서 해당 버퍼에 값을 작성하게 됩니다.

아래에 간단한 예가 있습니다. 

[numthreads( 256,1,1) ]

void VectorAdd( uint3 id: SV_DispatchThreadID )
{

  gBufOut[id] = gBuf1[id] + gBuf2[id];

}

이번 회의 설명을 위해서 API 를 다음과 같이 크게 나누어 보았습니다.

·        Thread unsafe API

·        Thread safe API

·        Free threaded API

Thread unsafe 한 경우에는 멀티스레드들이 동시에 호출할 수 있지만,
이들에 대한 안정성에 대해서는 전혀 보장하지 않습니다.
결과가 갑자기 이상할 수도 있고, 예측 불가능한 상황을 연출할 수도 있습니다.
주로 즉시즉시 상황을 만들어야 할때 사용될 수 있을 것입니다.

Thread safe 한 API 는 어떤 동기화 모델에 의해서 API 가 보호되어집니다.
여러 스레드에서 API 를 호출하더라도, 그들의 안정적인 동작을 보장한다는 의미입니다.
동기화 작업이 별도로 있기 때문에 느려질 수 있다는 단점이 있습니다.

Free threaded 한 API 는 여러 스레드에서 호출을 하더라도,
어떠한 동기화 모델 없이도 API 가 안정적으로 동작한다는 것을 의미합니다.
그렇기 때문에 아주 높은 성능 향상을 얻을 수 있습니다.

< 기존의 리소스 처리 >

멀티스레드 기반의 렌더링으로 가는 첫번째 길은 리소스 부분입니다.
PC 가 발전하면서 성능적으로나 용량적으로 많은 발전을 거듭했습니다.
더블어 게임에서 사용되는 리소스의 용량도 크게 증가했습니다.

멀티스레드 처리가 어느 정도 자리를 잡으면서,
현재 많은 게임들은 이들 리소스에 대한 처리를 별도의 스레드에서 처리하기도 합니다.

멀티스레드 기반으로 리소스를 로딩하고 있지만,
실제로는 많은 부분이 메인스레드( 여기서는 Render Thread )에 의존하여 작업이 수행되고 있습니다.
리소스를 생성하기 위해서는 반드시 Create, Lock & Unlock 작업이 필요합니다.

< 여기서 잠깐...>
사실 위의 그림의 경우에는 일반적으로 사용되는 구조로 보기 어렵습니다.
그림은 거의 순차적인 처리 구조이기 때문에,
이런 경우라면 굳이 저렇게 사용할 필요가 없습니다.
실제로 많은 게임들은 텍스쳐가 아직 로딩 중이라면,
Default-Material 을 적용해서 폴리곤을 렌더링하도록 구현하기도 합니다.
즉, Render Thread 가 쉴새 없이 계속 커맨드를 생성하는 구조입니다.^^
그리고 위의 예는 간단한 설명을 위한 것입니다.
개발자분들마다 개성 강한 여러 방법들이 존재하시겠죠? ^^

 

 < 간편해진 리소스 관련 커맨드 생성 >

우리가 DirectX 에서 사용하는 대부분의 리소스 작업은 사실 Free Threaded 합니다.
리소스 처리를 위해서 특별한 동기화 처리가 API 레벨에서는 필요하지 않습니다.
( 개발자의 몫입니다. )
그런데 위의 그림처럼 그 동안은 커맨드를 생성해주는 인터페이스가 오직 하나였기 때문에
메인 스레드에 의존해서 처리할 수 밖에 없었습니다.

두번째 시간에 저는 Device와 DeviceContext 에 대해서 설명을 드렸습니다.
기억이 나지 않으시는 분들은 다시 살펴보시기 바랍니다.^^
요약해드리자면, DirectX11 에서는 Free threaded 한 API 와 그렇지 않은 API 들을 분리했습니다.
그 Free threaded 한 부분에 바로 리소스 처리가 있습니다.
앞서 우리는 Free threaded 의 이점에 대해서 짧게 언급했었습니다.

위의 그림에서,
이제는 Loader therad 는 굳이 메인 스레드( Render thread ) 에 의존하지 않아도,
순차적으로 리소스 관련 커맨드들을 생성시킬 수 있습니다.
커맨드들이 생성되는 순서는 Free threaded 한 경우에는 중요하지 않기 때문에,
빠른 속도로 처리할 수 있습니다.
특히나, 메인스레드가 별도로 다른 작업을 수행해서 커맨드를 생성시키는 작업이 있다고 해도,
그것과는 별도로 커맨드 생성 작업을 수행할 수 있습니다.
( 커맨드 생성을 위한 대기 시간이 짧아졌다고 할 수 있습니다. )
이로써, 이제는 조금 더 멀티스레딩 형식에 가까워졌다고 할 수 있습니다.

리소스 처리를 이렇게 분리하는 것은
멀티스레드 기반으로 렌더링으로 가는 중요한 기반을 제공해 주었습니다.

< 다음 회에서는.... >
다음 회부터는 이제 멀티스레드 기반으로 렌더링 관련 커맨드를 생성하는 것을 살펴볼 것입니다.

한주만 쉰다는 것이, 죄송스럽게도 긴 휴식을 가지고 다시 등장습니다.
지난 시간까지 DirectX11 의 기본 API 를 간단히 언급했었습니다.
쉬는 사이에 안승근님께서 DirectX11과 관련된 기본적인 API 에 대한 글을 작성하기 시작하셨기 때문에
앞으로 기본적인 API 위주로 내용을 언급하지 않습니다.


< DirectX9 까지의 특징 >

DirectX는 Windows95 운영체제와 함께 처음 공개된 후에, 
어느덧 현세대까지 발전을 거듭했습니다.( 세월 참 빠르죠? ^^ )

너무 오랜 시간 전은 저도 잘 몰라서 DirectX7 버전부터의 가장 큰 변화를 하나씩 언급해 보겠습니다.
DirectX7 버전부터 변환과 라이팅(T&L) 을 위한 GPU가 활용되기 시작했고,
DirectX8 버전부터는 'Shader' 라는 GPU 를 활용한 프로그래밍이 도입되어서
현재 가장 개발자에게 주목받는 영역이 되었습니다.
개인적인 견해차이가 있겠지만, 저는 DirectX9 까지의 발전 과정 중에
가장 큰 변화로 바로 이 'GPU 의 활용'이라고 생각하고 있습니다.

그러면 DirectX9 까지의 발전에서 변심(?)하지 않고,
저희를 언제나 반갑게(?) 맞이해 주었던 부분은 어떤 것이 있을까요? ^^
그것은 바로 API 를 설계할 때 항상 싱글 코어를 고려하고 만들었다는 것입니다.

또 다른 부분은 API 자체가 GPU 의 정점 처리 기능을 규정하고 있다는 것입니다.
언제나 '정점입력-->래스터라이즈-->픽셀처리-->디스플레이' 라는 큰 단계를
API 레벨에서 정의하고 있었습니다.
그 동안 우리는 이것은 Fixed pipeline 이라고 불렀습니다.
아래 이미지는 DirectX8 & 9 의 파이프라인입니다.

이미지 출처 : http://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/kaigai/20090804_306876.html

사실 DirectX8 & 9 는 크게 차이가 없습니다.
파이프라인상에서 굳이 찾아야 한다면, 텍스쳐 메모리를 버텍스 쉐이더 단계에서도
참조할 수 있다는 정도일 뿐입니다.

간단히 제가 하고 싶은 말을 정리해 보자면,
'싱글코어 기반의 DirectX 의 시대는 이제 역사의 뒤로 사라지게 될 것이며,
GPU 는 더욱 복잡한 기능을 요구하게 될 것이다' 정도로 정리하겠습니다.
( 예언은 아니고, 이미 이렇게 되고 있는 상황이죠..^^ )


< 새로운 시대를 여는 DirectX11 >

아래는 DirectX11 의 파이프라인입니다.
잘 보시라고 그냥 크게 띄웁니다..^^

이미지 출처 : http://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/kaigai/20090804_306876.html


DirectX11 의 가장 큰 특징을 저는 크게 3가지로 나누어 보았습니다.

• GPU Tessellation.
• Compute Shader.
• Multi-threaded rendering.

사실 DirectX11 의 많은 부분은 X-Box360 에서 이미 사용되고 있습니다.
X-Box360 의 ComputeShader 지원은 모르겠으나, 나머지 두가지는 지원하고 있습니다.
X-360을 언급한 이유는 이들 기능이 이미 어느 정도 검증을 받은 기능이라는 점을 강조하고 싶어서 입니다.
( 물론 최신 버전이기 때문에 더 빨라지고, 더 좋아진 부분이 많습니다.^^ )

DirectX11 의 큰 패러다임은 '놀지마' 입니다.
이제는 멀티코어(CPU)와 GPU에게 최대한 많은 일을 시킬 수 있는 구조로
하드웨어를 구성했고, 그것을 기반으로 해서 런타임과 API 를 설계하고 만들었습니다.

DirectX9 까지는 API 가 변화를 주도했다면,
이제는 DirectX API 변화를 하드웨어가 주도하고 있다고 볼 수 있습니다.
그러다보니 자연스럽게 API 도 더욱 하드웨어에 가깝게 설계되었습니다.
대표적으로 OutputMerge 를 지칭하는 OMxxxx 계열과
InputAssembler 를 지칭하는 IAxxxx 계열 등이 있습니다.

혹시 DirectX8-->9 로 포팅 작업을 하셨던 분들이 이 글을 읽으시는지 모르겠습니다만,
8-->9 의 변화는 API 차원에서 변화가 컸기 때문에 매우 단순했습니다.
하지만 이제는 하드웨어가 크게 변했기 때문에,
단순 포팅 작업 정도로 생각하시면 큰 오산입니다.
물론 단순히 API 만 교체해도 성능 향상을 얻을 수 있습니다.
DirectX11 은 하드웨어 오버헤드를 줄이기 위해 많은 최적화 작업을 수행했다고 합니다.

새로운 DirectX 의 시대가 왔다는 느낌이 드시나요? ^^

이번 회에서는 일단 소스를 좀 나열해 보겠습니다.
일단 변수들은 다음과 같습니다.

이어지는 상황은 다음과 같습니다

BackBuffer 를 설정했습니다. 일단 'View' 라는 키워드에 주목해 주시기 바랍니다.
그리고 다음에 이어지는 상황을 다시 보겠습니다. 

이어졌던 소스는 Depth-Stencil Buffer 생성을 위한 작업이였습니다.

역시나 낯선 개념이 등장하는데, 바로 'View' 입니다.
우리가 앞서 생성했던 BackBuffer 와 Depth-Stencil Buffer 에는 CreatexxxxxxxView() 형태로
작업을 해주고 있습니다.

하나의 뷰는 렌더링 작업 중에 파이프라인에서 접근할 수 있는 리소스 일부분을 의미합니다.

더 정확한 개념을 위해서 아래의 계층구조를 한번 살펴보시기 바랍니다.

우리가 사용하는 모든 리소스들은 사실 ID3D11Resource 를 상속받아서 구성됩니다.

텍스쳐나 각종 버퍼 등이 이에 속한다고 할 수 있습니다.

( ID3D11Buffer, ID3D11Texture )

 

ID3D11View 를 상속받아서 구현되는 것들은 ID3D11RenderTargetView, ID3D11DepthStencilView, ID3D11ShaderResourceView 가 있습니다.

 

나열하고 보니깐 약간 감이 오시지 않으십니까?

이렇게 분리가 되었는데, 사실 ID3D11View 는 ID3D11View::GetResource() 라는 멤버함수를 가지고 있습니다.

 

결국 ID3D11View는 ID3D11Resource 와 개념적으로 메모리 데이터는 동일하다고 볼 수 있습니다.

그러다 보니 이 두가지 인터페이스를 구별해서 설명하기가 무척 난해합니다.
비슷하면서도 실질적으로 수행되는 역활에는 엄연한 구분이 있으니 말이죠...

 

‘이렇게 분리함으로써 역할 구분이 명확해서 코드의 품질이 향상되었다’ 라고 말할 수 있습니다.
조금 더 좋은 방향으로 생각해 본다면,
아마도 내부적으로 조금 더 최적화 된 위치에 메모리를 할당해 주지 않을까? 라는 의심도 해봅니다.
( 왜 그런지 이유를 꽤 오래 생각했지만, 답을 찾지 못했습니다..T.T )

 

 

참고로 얘기드리면,

DirectX9 버전까지 유용하게 사용되던 메모리 풀의 개념이 이제는 CPU 에서 읽기/쓰기 작업,
GPU 에서 읽기/쓰기 작업이 가능여부를 설정하는 개념형태로 변경되었습니다.

이것에 대한 얘기는 다음 번에 저나 다른 분이 해주실 겁니다.

( DirectX11 파트에는 저 말고도 한분이 더 계십니다…^^ )

 

위의 코드에서 View 계열들은 GPU 만 읽기/쓰기 작업이 가능한 형태로 그래픽 카드상에
메모리를 할당했습니다.


결국 위의 작업은 바로 아래에 나오는 작업을 위해서 필요했던 것입니다.

보시듯이 모두 View 계열의 인터페이스를 설정했습니다.



< 마치면서... >
다음주는 한주 쉬게 될 것입니다.
스터디 내부 발표가 있어서...쿨럭~

이번에는 실제로 API 를 사용해서 Device와 DeviceContext 를 설정하는 작업을 할 것입니다.
아마 다음과 같이 사용할 수 있을 것입니다.

D3D11CreateDeviceAndSwapChain 은 정말이지 마법 같은 API 입니다.
( 더 언급할 것도 없을 것 같습니다...^^ )


< Feature Level >

이전버전과의 호환을 유지하는 것이 중요한 일이기 때문에,
최신의 버전은 이전 버전들에 대한 호환을 생각하게 됩니다.
그래서 등장한 개념이 바로 'Feature Level' 입니다.
위의 코드에도 이 키워드가 등장했습니다.

약간씩의 차이가 있겠지만,
DirectX9 시절까지 우리가 Device 생성을 위해서 API 에 전달했던 인자들은
SDK 버전과 하드웨어 가속( HAL Device ) 의 사용여부 등의 인자였습니다.
( 이외에도 더 많이 있었지만, 지금은 이 두 가지가 중요해서 이것만 언급했습니다. )
그런 식으로 Device 생성 작업을 하면, 우리는 가속되는 하드웨어로 작업을 할 수 있었습니다.
( 저도 이 글 적기 전까지 별 다르게 생각하지 않았습니다...-_- )

그런데 이제는 API 를 통해서 전달해야하는 정보들 중에 Feature Level 이라는 것을 넘겨주어야 합니다.
각 DirectX 버전마다 각각의 특징을 설명하는 Feature Level 이 존재합니다.
우리가 할 일은 원하는 Feature Level 을 설정하고 Device 생성을 요구하는 것입니다.

Feature Level 은 사실 하드웨어적인 역활과 연관성이 깊습니다. 
우리가 사용하는 그래픽 카드는 제작될때 특정한 DirectX 버전에 포커스를 두고 출시하게 됩니다.
시중에 그래픽 카드를 구입할 때 
'DirectX11 을 완벽히 지원하는 그래픽 카드" 뭐 이런 식의 광고 많이 보셨으리라 생각이 됩니다.

그렇다는 것은 그래픽 카드에도 역시 버전이 있다는 것입니다.
Feature Level 이라는 것이 바로 그런 하드웨어의 버전 역활을 하는 것입니다.

 
현재 DirectX11 을 지원하는 그래픽 카드는 미출시 상태입니다.
그렇기 때문에 사실 DirectX11 프로그램은 하드웨어 가속을 시킬 수가 없습니다. ( 새로 사야하나...-_- )
DirectX9 시절에는 CreateDevice 옵션에 HAL 옵션 주면 자동(?)으로 가속되는 Device 를 생성해 주었지만,
이제는 그래픽 카드에서 구현된 버전을 정확히 얻어서,
그 Feature Level 에 맞는 Device 를 생성시켜야 합니다.

예를 들면 제가 가진 컴퓨터가 DirectX 10 버전을 지원하는 그래픽 카드인데,
Feature Level 에 DirectX 10.1 버전과 하드웨어 가속 옵션을 주어서
Device 생성을 요구하면, 그것은 실패하게 됩니다.
그렇다는 것은 Feature Level 10 를 설정해 주어서 Device 를 생성 시켜주어야 한다는 의미입니다.

 이렇게 하면 우리는 DirectX 11 API 를 이용해서 낮은 버전의 DirectX 버전을 사용하는
그래픽 카드를 제어할 수 있을 것입니다.
아래의 그림이 이해에 도움이 되었으면 좋겠습니다.

그렇다면 좀 더 정확하게 우리가 할 일을 확장해 보면,
가장 최근의 Feature Level 부터 나열해보면서,
사용하는 그래픽 카드의 Feature Level 을 알아내는 것이 될 것입니다.
( 저는 위의 예제에서는 11버전만 고려해서 작업한 것입니다.^^ )

사실 예전에는 Device Caps 라는 개념이 있었는데,
사실 이것이 기능별로 체크했기 때문에 굉장히 반복적인 작업이였을 것이라 생각이 듭니다.
그것을 Feature Level 이라는 개념으로 단순화 시켰다고 보면 괜찮을 것 같습니다.

< 추가된 내용 >

각 Feature Level 에 대응되는 쉐이더 모델은 다음과 같습니다.

Feature Level 11.0 = Shade 5.0
Feature Level 10.1 = Shader 4.1
Feature Level 10.0 = Shader 4.0
Feature Level  9.3 = Shader 3.0
Feature Level  9.2 = Shader 2.0
Feature Level  9.1 = Shader 2.0

지난 회에서 DXGI 에 대해서 잠깐 살펴보았습니다.
DXGI 에 대한 사용방법은 여기서 언급하지 않습니다.
왜냐하면 제가 진행할 코딩에서는 기본적으로 셋팅되어 있는 그래픽 카드를 사용하는 것을 전제로
진행할 것이기 때문입니다.

혹시 호기심이 더 왕성하신 분들은 IDXGIFactory 인터페이스를 살펴보시면 됩니다.
멤버 함수중에 MakeWindowAssociation, EnumAdapters 정도 살펴보시면 도움이 될 것입니다.
( API 함수 이름만 봐도 느낌이 팍팍! )

예상하시겠지만, DXGI는 연결가능한 장치(어댑터)들을 나열해서
그것 중에 하나 선택하는 역활이 필요합니다.
저는 기본적으로 설정된 어댑터를 사용할 것이기 때문에 이들에 대해서는 언급하지 않겠습니다.
 DXGI 계열의 API들도 양이 상당합니다.( 그래서 일단 패스~ )


지난 회에 언급했던 디바이스 초기화를 위한 변수들 기억하시나요?
다시 나열해 보면 아래와 같습니다.

가장 먼저  IDXGISwapChain 에 대해서 살펴봐야하겠지만, 이것에 대한 별도의 설명이 필요할까요?
Front Buffer( 현재 화면에 보여지는 버퍼 )와 Back Buffer( 현재 연산을 해서 기록하는 버퍼 ) 를
준비해서 이것을 Flip 시키면서 번갈아 가면서 보여주는 것을 의미합니다.
( 너무 고전적인 내용이라 더 설명하면 혼날듯...)

우리가 렌더링할 영역(버퍼)에 대한 포맷과 같은 각종 속성들을 설정해 주어서 생성을 요구하고,
포인터를 받으면, 이들 버퍼에 대한 정보를 제어할 수 있습니다.
나중에 살펴보게 되겠지만, Present() 라는 API 를 기억하시나요?
9.0 에서는 이것이 ID3DDevice9의 멤버함수로써 사용했었습니다.
하지만 현재는 IDXGISwapChain 의 멤버함수로 등록되어 잇습니다.
그래서 이에 대한 포인터가 필요합니다.^^
결론적으로 얘기 드리면 앞으로 화면 출력에 관한 모든 것은 IDXGI 계열의 인터페이스로서 제어할 수 있습니다.

 < DeviceContext...넌 누구냣!! >

이상한 인터페이스가 DirectX11 에서 생겼습니다.
Device는 무엇인지 알겠는데, DeviceContext 는 또 무엇일까요?
사실 이것은 그동안 Device 인터페이스들이 해오던 역활을 두가지로 분리한 것에 지나지 않습니다.

즉, ID3D11Deivce 는 주로 리소스( 버퍼나 텍스쳐 등 )의 생성에 대한 인터페이스이며,
ID3D11DeviceContext 는  이들 리소스를 제어하고 관리하기 위한 인터페이스입니다.

그렇다면 왜 이렇게 두 가지로 분리된 것일까요?
먼저 아래의 그림을 살펴보겠습니다.

DirectX 시스템은 Application 과의 오버헤드를 최소화 하기 위해서
이들 사이를 매우 얇은 추상화 단계로 디자인 했었습니다.
즉, Core API 나 Runtime 들은 바로 Driver 에 접근할 수 있었습니다.

그래도 약간(?) 존재해 있는 Application 과 하드웨어간의 오버헤드를 줄이기 위해서
기존의 Device 의 역활을 Device 와 DeviceContext 로 분리하게 된 것입니다. 

그렇다면 여기서 발생되는 오버헤드란 것은 어떤 것일까요?( 의문에 의문 연속입니다..-_- )
우리가 사용하는 각종 API 들은 Runtime 에 전달되어서 하드웨어가 인식할 수 있는
커맨드( Command ) 들로 변환됩니다.

Runtime 은 이들 커맨드들을 담을 수 있는 메모리 공간을 가지고 있어서, 커맨드들을 저장하게 됩니다.
그러다가 이들 버퍼가 가득차거나, 혹은 렌더링 데이터의 업데이트가 필요한 경우에
이들을 하드웨어로 전송하게 되는 것입니다.
바로 이 커맨드들에 대해서 오버헤드가 발생하는 것입니다.
이 커맨드들이 오버헤드를 발생시키는 이유는 여러가지가 있었습니다.
하드웨어의 경우에는 프로세싱( processing ) 스타일이 매우 다양하기도 했고,
API 와 하드웨어 상에서 커맨드 전달이 잘못 전달되는 경우도 있었다고 합니다.
( 아무래도 하드웨어가 너무 다양해서가 주된 이유였던 듯 합니다. )

이들에 대한 오버헤드를 줄이는 방법을 고민하던 중에 나온 결과물 중에 하나가
바로 'DeviceContext' 라는 것입니다.
( 뒤에 언급할 기회가 있겠지만, 'State Object' 가 바로 이 오버헤드를 줄이기 위해 등장한 개념이기도 합니다. )

Device 의 경우에는 오버헤드를 줄이기 위해 등장한 개념이
리소스의 생성/해제를 담당하는 커맨드들과 그 리소스들을 제어하는 커맨드들로 분리하는 것입니다.

분리함으로써 어떤 성능 향상이 있었을까요?
리소스의 생성과 해제는 사실 멀티스레드 형태의 API 호출에도 별 문제가 없습니다.
어차피 명령어들이 큐 형태로 쌓이게 될테니까요.
반면에 렌더링 커맨드들은 멀티스레드 형식으로 구성되면 큰일 나겠죠?

결국 Device 는 Free threaded 형식으로 구성되었고,
DeviceContext 는 그렇지 않다는 것입니다.
Free threaded 형식으로 구성되었다는 것은 스레드에 안정성을 유지하기 위한
별도의 lock/unlock 작업이 필요없다는 것입니다.
멀티스레드에 안정적이라는 얘기는 스레드 세이프하다는 것입니다.

(정확하게 확신은 아직 드릴 수 없지만, 멀티스레드 관련 렌더링과도 관련이 있는 부분이 여기이지 않을까요.)

사실 리소스의 생성과 해제가 성능에 많은 부분을 차지한다고 볼때,
이렇게 분리되어진 것을 환영해야 할 것입니다.

 < 다음 회에는... >

글이 좀 길어지는 것 같아서 일단 여기서 마무리 합니다.
다음 회에는 나머지 초기화 부분에 대해서 계속 언급하겠습니다.^^

어떤 주제에 대해서 글을 쓰다는 것은 무척 어려운 일입니다.

제가 언급할 큰 주제는 DirectX 11 과 관련이 있습니다.
그 중에서도 멀티 코어를 활용한 DirectX 사용에 초점을 두고 글을 전개할 생각입니다.
글의 주요 대상은 DirectX9 를 사용하시다가 DirectX11 을 사용하고자 하시는 분들입니다.

일단 방대한 변화에 대해서 모두 나열하기는 힘듭니다.
그래서 간단히 제가 코딩을 하면서 필요했던 API 위주로 살펴보면서 변화를 언급하고자 합니다.
그런데 하나 문제가 있습니다.
현재 DirectX 11 은 하드웨어 가속이 지원되지 않습니다.
오직 REF 모드로만 작동을 합니다.
아마도 아직 정식으로 widnows 7 이 출시가 이루어지지 않아서 그런 듯 합니다.
이점, 꼭 주의하시기 바랍니다.
괜히 DirectX 11 예제 실행했다가, 실행 성능이 떨어진다고 컴퓨터를 부수는 행위는 자제해 주세요.^^


< 사라진 Direct3D 오브젝트를 찾아서... >

우리가 가장 먼저 접하게 되는 DirectX 의 API 는 CreateDevice() 일 것입니다.
사실 이전 버전까지는 CreateDevice() 에 대해서 별도로 언급할 내용이 없었을 것이지만,
늘(?) 그렇듯이 DirectX 의 변화를 설명해주는 API 가 바로 CreateDevice() 입니다.
일단 CreateDevice() 를 위한 관련 변수들부터 봐야겠죠?
 

잠깐!!
가장 먼저 헤더 파일들을 살펴보는게 순서이죠.

헤더는 다음과 같이 변경되었습니다.
굳이 헤더의 용도에 대해서 일일이 나열하지는 않았습니다.

// Direct3D11 includes
#include <dxgi.h>
#include <d3d11.h>
#include <d3dCompiler.h>
#include <d3dx11.h>
#include <dxerr.h>

라이브러리 링크는 아래의 것들을 해주시면 됩니다.

#pragma comment( lib, "dxguid.lib" )
#pragma comment( lib, "d3dcompiler.lib" )
#pragma comment( lib, "dxerr.lib" )
#pragma comment( lib, "dxgi.lib" )
#pragma comment( lib, "d3d11.lib" )
#pragma comment( lib, "d3dx11.lib" )

변수들을 나열해 보겠습니다.

 생소한 부분이 눈에 보이시나요?
 'ID3D11DeviceContext' 라는 것이 새롭게 등장했습니다. ( 다음 번에 언급할 것입니다. )
 그리고 Direct3D 인터페이스가 사라진 것을 찾으셨습니까?

 여기서 또 하나 생소한 것이 등장했습니다.
바로 DXGI ( DirectX Graphics Infrastructure ) 입니다.
"DirectX9 에서 사라진 'Direct3D 오브젝트'를 'DXGI' 가 대체하는게 아닐까?" 라는 의문이 들었다면,
박수를 보내드리고 싶습니다.( 브라보~~ )

네, 맞습니다.
'DXGI' 라는 것이 바로 사라진 'Direct3D 오브젝트' 입니다.
'Direct3D 오브젝트' 의 역활에 대해서 혹시 기억하십니까?
하드웨어와 연결된 디바이스들을 나열하고, 모니터로 출력되는 결과들을 관리해주기도 했었습니다.
우리가 관리하기 힘든 저 수준의 작업들을 바로 이 'Direct3D 오브젝트'가 했었습니다.
그런데 이제는 이것을 'DXGI' 가 해주고 있습니다.
( IDXGISwapChain 보이시나요? 이것도 다음 회에 언급하겠습니다. )
 

아키텍쳐 구조를 보시면 아시겠지만, DirectX9 까지는 일반 애플리케이션에서 DirectX API 를 통하지 않고는
DirectX 를 사용할 수 없었습니다.
그런데 최근에는 일반 애플리케이션은 모두 DXGI 를 통해서 DirectX 를 사용하고 있습니다.
( 저만 놀라운 것은 아니겠죠? +_+ )
마이크로소프트에서도 강조하고 있는 사실 중에 하나가 바로 DirectX 는 더 이상 게임만을 위한 것이 아니라는 것입니다.
이제 사라진 줄 알았던 'Direct3D 오브젝트' 가 DXGI 라는 사실을 알았습니다.
앞으로 저수준의 작업이 필요하면 DXGI 를 직접 제어하거나 DirectX API 를 이용하셔도 됩니다.


< 다음 회에는... >

다음 번에는 실제로 DirectX API 를 이용한 초기화 작업에 대해서 다루고자 합니다.
즉, 우리가 앞서 선언했던 변수들에 대한 이야기를 하겠습니다.