Visual Studio 2010 공식 팀 블로그 @vsts2010

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];

}

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.