تکنولوژی DirectStorage چیست و چرا اهمیت دارد؟

احتمالا می‌دانید که بازی‌های جدید برای به تصویر کشیدن کاراکترها و محیط‌های جذاب و چشم نواز باید ده‌ها گیگابایت اطلاعات را رندر کنند. اما بعضی از ابزارهایی که توسعه دهندگان بازی از آنها استفاده می‌کنند توانایی مدیریت این حجم از اطلاعات را ندارند و در نتیجه گلوگاه عملکردی ایجاد می‌شود.

دلیل اصلی برای توسعه تکنولوژی DirectStorage در واقع این است که اطلاعات با سرعت بالاتری در حافظه ذخیره‌سازی خوانده و نوشته شود.

دایرکت استوریج در واقع یک فناوری گیمینگ محسوب می‌شود که با توجه به افزایش چشم‌گیر حجم بازی‌ها، توسعه یافته است. اطلاعات بسیار زیاد در بازی‌های سبک Open World و تمامی تکسچرهای بسیار دقیق و با کیفیت ابتدا باید در سریع‌ترین زمان ممکن در حافظه رم فراخوانی شوند.

با توجه به افزایش جزئیات بازی‌ها و تلاش شرکت‌ها برای ارائه گرافیکی واقع گرایانه، حجم این اطلاعات به صورت تصاعدی در حال افزایش است. در چنین شرایطی، روش‌های رایج دیگر جوابگو نیستند و باعث می‌شوند تا زمان‌های لودینگ افزایش یابد و یا توسعه دهنده به ناچار کات سین‌های بیشتری را در بازی قرار دهد.

اگر قبلا در مورد تکنولوژی دایرکت استوریج شنیده‌اید احتمالا به این دلیل است که این تکنولوژی در کنسول بازی Xbox Series X و Xbox Series S به کار رفته است. این فناوری به عنوان بخشی از سیستم Xbox Velocity Architecture، همان عملکردی را دارد که قرار است در سیستم عامل ویندوز 11 ارائه دهد.

ویندوز 11 در راه است و با طراحی جدید و حذف برخی از ویژگی‌های غیرضروری و البته اضافه شدن چند ویژگی کاربردی، در آینده‌ای نزدیک در دسترس کاربران قرار می‌گیرد. یکی از فناوری‌هایی که مایکروسافت در نسل جدید ویندوز ارائه می‌کند، DirectStorage است. این فناوری قرار است زمان فراخوانی بازی‌ها را در اس‌اس‌دی‌های نسل جدید تا حد فوق‌العاده‌ای افزایش دهد.

در این مقاله قصد داریم تمام آنچه که پیش از انتشار رسمی، از این فناوری کاربردی می‌دانیم را با شما به اشتراک بگذاریم.

دایرکت استوریج چیست؟

از نظر فنی، دایرکت استوریج بخشی از ویژگی‌های دایرکت ایکس 12 است که پروتکل‌های رسانه‌ای متنوعی را پوشش می‌دهد. این یک رابط برنامه‌نویسی اپلیکیشن یا API است که توسعه دهندگان با استفاده از آن به شیوه دلخواه به سخت‌افزار دسترسی پیدا می‌کنند.

با این API اختصاصی، دسترسی توسعه دهندگان به درایو ذخیره‌ساز بهبود می‌یابد و در نتیجه زمان لودینگ کاهش خواهد یافت.

دایرکت استوریج همچنین بر روی ذخیره‌سازهای نسل جدید مانند اس‌اس‌دی‌های NVMe تمرکز ویژه‌ای کرده است.

روش‌های فعلی برای استریمینگ اطلاعات در برابر دایرکت استوریج

وقتی یک بازی را اجرا می‌کنید، اطلاعاتی مانند تکسچرها، مدل کاراکترها و صدا باید به صورت همزمان و هماهنگ فراخوانی شوند. این اطلاعات بر روی یک حافظه ذخیره‌سازی مانند هارد دیسک ذخیره شده است. بازی از طریق ابزارهای نرم‌افزاری که با عنوان API شناخته می‌شوند، این اطلاعات را فراخوانی می‌کند.

پس از فراخوانی این اطلاعات از طریق یک API، اطلاعات از هارد دیسک درون حافظه رم سیستم بارگذاری شده و از آنجا برای رندر شدن در دسترس پردازشگر گرافیکی یا GPU قرار می‌گیرند.

وقتی یک بازی را دانلود می‌کنید، این اطلاعات فشرده‌سازی شده‌اند تا کمترین حجم ممکن را اشغال کنند. اما پردازشگرهای گرافیکی امکان استفاده از اطلاعات فشرده‌سازی شده را ندارند. به همین دلیل، اطلاعات مجددا باید از حالت فشرده خارج شوند.

بنابراین، اطلاعات پس از بارگذاری در رم، برای خارج شدن از حالت فشرده در اختیار پردازنده قرار می‌گیرند. بعد از انجام این فرایند، اطلاعاتی که بازی درخواست کرده بود در حافظه گرافیکی کارت گرافیک یا VRAM کپی می‌شود.

در نهایت، پردازشگر گرافیکی اطلاعات را رندر می‌کند تا شما صحنه‌های بسیار زیبای بازی را مشاهده کنید.

در شکل زیر سمت راست جریان هدایت اطلاعات تا رسیدن به پردازشگر گرافیکی را با استفاده از Direct Storage مشاهده می‌کنید

مشکلات روش رایج استریمینگ اطلاعات

این روش استریمینگ یا جریان هدایت اطلاعات دو مشکل اساسی دارد. اول اینکه از حالت فشرده خارج کردن اطلاعات فرایندی بسیار زمان بر است. این فرایند نه تنها باعث افزایش سرعت لود بازی نمی‌شود بلکه به علت فشار کاری زیاد، پردازنده را از انجام سایر وظایف بازمی‌دارد.

از آنجایی که پردازنده تا حد زیادی درگیر فرایند Decompression است، نمی‌تواند خودش را با حجم زیاد درخواست‌های پردازشگر گرافیکی هماهنگ کند و در نتیجه کاربر نرخ فریم پایین‌تری را تجربه خواهد کرد.

مشکل دوم این است که API ذخیره‌سازی فعلی به طور کامل از پتانسیل ذخیره‌سازهای مدرن استفاده نمی‌کند. برای مثال، ذخیره‌سازهای قدیمی هارد دیسک‌های مکانیکی بودند که سرعت پایینی داشتند. اما امروزه اس‌اس‌دی‌ها سرعت و پهنای باند لازم برای ارسال چندین گیگابایت اطلاعات در هر ثانیه را ارائه می‌دهند.

بنابراین، این ای‌پی‌آی‌ها به گونه‌ای نوشته شده‌اند که فقط حجم محدودی از اطلاعات را استریم یا هدایت کنند.

بازی‌های جدید و امروزی از جزئیات بسیار زیادی برخوردارند. توسعه دهندگانی که از ای‌پی‌آی‌های قدیمی استفاده می‌کنند مجبورند با استفاده از روش‌هایی به نوعی با این پهنای باند کم و سرعت بارگذاری پایین کنار بیایند.

روش‌های سنتی برای رفع مشکلات استریمینگ اطلاعات

یکی از این روش‌ها محدودسازی عناصر رندر شده است به گونه‌ای که در هر صحنه فقط المان‌هایی که در دید مستقیم کاربر قرار دارد رندر می‌شود. یکی دیگر از راهکارها افزایش زمان لودینگ است تا مطمئن شوند تا اکثر جزئیات قبل از ورود گیمر به دنیای بازی، لود شده‌اند.

این روش‌ها البته بیشتر از نظر تئوری کارآمد هستند، چرا که حتی با سریع‌ترین ذخیره‌سازهای موجود در بازار هم، بازی‌ها زمان لود بالایی دارند و مشکلات مختلفی در بحث بارگذاری تکسچرها و میدان دید مشاهده می‌شود.

استفاده از فناوری دایرکت استوریج

فناوری DirectStorage قرار است به توسعه دهندگان کمک کند این مشکلات را از طریق یک فرایند استریمینگ اطلاعات بهتر، برطرف کنند.

دایرکت استوریج برای بهره‌گیری از پتانسیل ذخیره‌سازهای جدید، گلوگاه‌های عملکردی ناشی از جابه‌جایی اطلاعات بین درایوهای قدیمی و قطعات اصلی (پردازنده، رم و پردازشگر گرافیکی) را تا حد امکان حذف کند. این فناوری به اس‌اس‌دی‌های NVMe اجازه می‌دهد تا تقریبا با حداکثر پتانسیل خود کار کنند.

اندرو یئونگ از مایکروسافت در خصوص این فناوری می‌گوید «با API دایرکت استوریج، توسعه دهندگان بازی به روشی فوق‌العاده بهینه و کارآمد برای ارسال و مدیریت حجم به مراتب بالاتری از درخواست‌ها دسترسی پیدا می‌کنند. بدین ترتیب، نه تنها گیمرها زمان کمتری را برای بارگذاری بازی‌ها به انتظار می‌نشینند بلکه توسعه دهندگان امکان ساخت دنیایی با جزئیات بیشتر را در اختیار خواهند داشت که همزمان با حرکت کاراکترِ بازی (بی‌درنگ)، بارگذاری می‌شود.»

API دایرکت استوریج به شیوه‌های مختلفی عملکرد را بهبود می‌بخشد. یکی از این روش‌ها ارائه درخواست‌های ورودی و خروجی به صورت باندل است که بدین ترتیب به شکل کارآمدتری هدایت می‌شوند.

به لطف افزایش توان پردازشی پردازشگرهای گرافیکی جدید، دایرکت استوریج کمک می‌کند تا از پتانسیل آنها به خوبی استفاده شود. بدین ترتیب، پردازشگرهای گرافیکی دیگر لازم نیست منتظر پاسخگویی آهسته از سوی هارد دیسک یا سایر ذخیره‌سازهای قدیمی باشند.

تعداد درخواست‌هایی که به صورت همزمان پردازش می‌شوند نیز اهمیت دارد. توسعه دهندگان معمولا تا حد امکان کدها را کوچکتر می‌نویسند تا دقیقا در همان لحظه‌ای که نیاز است اجرا شوند.

بدین ترتیب منابع سیستم تا حد چشم‌گیری کمتر مصرف می‌شود اما در عین حال، تعداد دفعاتی که باید به فضای ذخیره‌سازی دسترسی پیدا کرد نیز افزایش پیدا می‌کند. این افزایش چشم‌گیر در تعداد درخواست‌ها توسط فناوری DirectStorage مدیریت می‌شود.

یکی دیگر از ترفندهای دایرکت استوریج توانایی کاهش درگیری پردازنده در فراخوانی جزئیات صحنه است. این جزئیات مستقیما از درایو NVMe فراخوانی می‌شوند و این موضوع به بهبود عملکرد و البته آزادی عمل بیشتر پردازنده برای اجرای سایر دستورات مورد نیاز منتهی می‌شود.

در واقع نام دایرکت استوریج نیز به همین دلیل انتخاب شده است، چرا که اطلاعات درخواستی مستقیما از طریق اس‌اس‌دی NVMe در دسترس پردازشگر گرافیکی قرار می‌گیرند و عملا پردازنده از این فرایند حذف می‌شود.

یکی از بخش‌هایی که این فناوری جدید می‌تواند به افزایش سرعت لود بازی‌ها کمک کند، فرایند خارج کردن اطلاعات از حالت فشرده است. دایرکت استوریج این کار را با استفاده از سرعت بسیار بالای اس‌اس‌دی‌های NVMe انجام می‌دهد و درگیری پردازنده را تا حد امکان کاهش می‌دهد.

توسعه دهندگان در API جدید امکان کنترل بیشتری دارند. فناوری DirectStorage با انعطاف‌پذیری به مراتب بالاتر خود به توسعه دهندگان اجازه می‌دهد تا برای هر بازی از پتانسیل سخت‌افزاری و نرم‌افزاری استفاده کنند.

بدین ترتیب اگر پردازش‌هایی ضرورت نداشتند می‌توان آنها را برای یک بازی خاص حذف کرد تا گیمر تجربه بهتری داشته باشد.

DirectStorage در ویندوز 10

ظاهرا تکنولوژی DirectStorage قرار است برای ویندوز 10 نیز ارائه شود. علاوه بر این، مایکروسافت گفته است این فناوری به لطف بهینه‌سازی‌های صورت گرفته در ویندوز 11، عملکرد بهتری خواهد داشت. بنابراین، API جدید مایکروسافت در نسل جدید ویندوز بهترین عملکرد را ارائه می‌دهد و توسعه دهندگان می‌توانند بسیاری از مشکلات کنونی در بازی‌های بزرگ را رفع کنند.

چطور از دایرکت استوریج استفاده کنیم

برای اینکه بتوانید از DirectStorage در کامپیوتر خانگی خود استفاده کنید باید به ویندوز 11 یا ویندوز 10 دسترسی داشته باشید. علاوه بر این، اس‌اس‌دی‌های جدید NVMe، پردازشگر گرافیکی سازگار و البته بازی جدیدی که از مزایای این API پشتیبانی کند، سایر نیازمندی‌های اصلی خواهند بود.

با گذشت زمان طبیعتا تعداد کامپیوترها و بازی‌هایی که از این نیازمندی‌ها برخوردارند بیشتر می‌شود. (کارت گرافیک آونگ…)

بازی‌هایی که برای بهره‌گیری از مزایای دایرکت استوریج کدنویسی شده‌اند همچنان قابلیت اجرا بر روی سخت‌افزارهای رایج را دارند. البته در چنین شرایطی گیمر نمی‌تواند زمان‌های لودینگ بسیار کوتاه را تجربه کنید.

در این بخش شما را با چند اس‌اس‌دی جدید که از این فناوری کاربردی پشتیبانی می‌کنند آشنا می‌کنیم.

اس‌اس دی XPG GAMMIX S70 BLADE

این اس‌اس‌دی از اینترفیس نسل جدید PCIe 4.0 و پروتکل NVMe 1.4 پشتیبانی می‌کند. به لطف بهره‌گیری از حافظه‌های پرسرعت و بادوام 3D NAND، این اس‌اس‌دی قادر است حداکثر سرعت خواندن و نوشتن ترتیبی 7400 و 6400 مگابایت بر ثانیه را ارائه دهد.

XPG GAMMIX S70 BLADE از فرم فاکتور M.2 2280 برخوردار است. به همین دلیل این اس‌اس‌دی قابلیت نصب در تمامی مادربردهای جدید و حتی لپ‌تاپ‌های سازگار را میسر می‌کند. بهره‌گیری از فناوری‌هایی مانند Dynamic SLC Caching و DRAM Cache Buffer باعث شده تا این SSD عملکرد کلی سیستم را در بازی و نرم‌افزارهای تخصصی به طور چشم‌گیری بهبود ببخشد.

اس‌اس‌دی XPG GAMMIX S50 Lite

XPG GAMMIX S50 Lite در ظرفیت 512 گیگابایتی تا 2 ترابایتی عرضه شده است. این اس‌اس‌دی از حافظه نسل جدید 3D NAND بهره می‌برد و در فرم فاکتور M.2 2280 طراحی شده است. پشتیبانی از اینترفیس PCIe 4.0 و پروتکل NVMe 1.4 باعث شده است تا این اس‌اس‌دی حداکثر سرعت خواندن و نوشتن ترتیبی 3900 و 3200 مگابایت بر ثانیه را در دسترس قرار دهد.

این SSD از فناوری‌های مدرنی مانند Dynamic SLC Caching و DRAM Cache Buffer پشتیبانی می‌کند و عملکرد کلی سیستم را بهبود می‌بخشد. هیت‌سینک آلومینیومی، دمای اس‌اس‌دی را تا 20 درصد کاهش می‌دهد و در سنگین‌ترین فشار کاری نیز خنک باقی می‌ماند.

اس‌اس‌دی XPG GAMMIX S70

یکی از پرچمداران ای‌دیتا که عملکردی فوق‌العاده دارد. مانند دو اس‌اس‌دی قبلی، این مدل نیز از اینترفیس PCIe 4.0 و پروتکل NVMe 1.4 پشتیبانی می‌کند. XPG GAMMIX S70 قادر است حداکثر سرعت خواندن و نوشتن ترتیبی 7600 و 6700 مگابایت بر ثانیه را در دسترس کاربر قرار دهد.

این مدل که به عنوان سریع‌ترین اس‌اس‌دی جهان نیز شناخته می‌شود، به لطف هیت‌سینک آلومینیومی بزرگ، در استفاده‌های سنگین مانند بازی و رندر دمای پایینی دارد. S70 با ظرفیت حداکثر 2 ترابایت در دسترس کاربران قرار دارد. استفاده از حافظه‌های نسل جدید 3D NAND در این اس‌اس‌دی باعث شده است تا علاوه بر عملکرد سریع، دوام بالایی را ارائه دهد.

بیشتر بخوانید : بهترین SSD ها از دید معتبرترین و تخصصی ترین رسانه ها در سال 2021