DirectStorage

1. 1. DirectStorage：次世代游戏加载技术的深度解析

DirectStorage 是一项由微软开发的存储API，旨在显著提升游戏加载速度和整体性能。它绕过传统 CPU 瓶颈，直接利用 GPU 的强大处理能力来解压缩和加载游戏资源，从而实现更快、更流畅的游戏体验。本篇文章将为初学者详细介绍 DirectStorage 的原理、优势、技术细节、兼容性以及未来发展趋势。

传统存储架构的瓶颈

在 DirectStorage 出现之前，游戏加载过程主要依赖于 CPU。当游戏需要读取硬盘或固态硬盘 (SSD) 中的数据时，数据首先被传输到 CPU，CPU 负责解压缩、处理，然后再将数据发送到 GPU 进行渲染。这个过程存在几个关键的瓶颈：

• **CPU 占用率高:** 解压缩和处理数据会占用大量的 CPU 资源，尤其是在游戏资源体积庞大的情况下。
• **数据传输延迟:** 数据在 CPU 和 GPU 之间传输会产生延迟，影响加载速度。
• **CPU 解压效率有限:** 现代游戏采用了复杂的压缩算法来减小文件大小，但 CPU 的解压缩效率往往无法跟上 GPU 的处理速度。

这些瓶颈导致游戏加载时间过长，甚至在游戏过程中出现卡顿现象，严重影响了玩家的游戏体验。CPU、GPU、硬盘、固态硬盘、数据压缩

DirectStorage 的核心原理

DirectStorage 的核心思想是绕过 CPU，让 GPU 直接从存储设备读取并解压缩游戏资源。具体来说，DirectStorage 做了以下几点改变：

• **NVMe SSD 的优化:** DirectStorage 充分利用了 NVMe SSD 的高速传输和低延迟特性。NVMe SSD 能够以极快的速度将数据传输到 GPU。
• **GPU 解压缩:** DirectStorage 将解压缩任务从 CPU 转移到 GPU。GPU 拥有强大的并行计算能力，能够高效地解压缩数据。
• **直接内存访问 (DMA):** DirectStorage 利用 DMA 技术，允许 GPU 直接从存储设备读取数据，而无需经过 CPU。
• **专用 API:** DirectStorage 提供了一组新的 API，供游戏开发者访问存储设备，并控制数据的加载和解压缩过程。API、DMA

通过这些优化，DirectStorage 能够显著减少数据传输延迟，降低 CPU 占用率，并提高游戏加载速度。

DirectStorage 的优势

相比于传统存储架构，DirectStorage 具有以下显著优势：

• **更快的加载速度:** DirectStorage 能够大幅缩短游戏加载时间，让玩家更快地进入游戏。
• **更流畅的游戏体验:** 通过减少 CPU 占用率和数据传输延迟，DirectStorage 能够提高游戏的帧率和稳定性，提供更流畅的游戏体验。
• **更大的游戏世界:** DirectStorage 能够支持更大、更复杂的游戏世界，因为它可以更有效地加载和管理大量的游戏资源。
• **更快的纹理流送:** DirectStorage 能够更快地加载和解压缩纹理，提高游戏画面的质量和细节。纹理
• **减少 CPU 瓶颈:** 通过将解压缩任务转移到 GPU，DirectStorage 能够释放 CPU 资源，让 CPU 能够更好地处理其他任务。

DirectStorage 的技术细节

DirectStorage 的实现涉及多个技术细节，以下是一些关键的方面：

• **Storage Spaces:** DirectStorage 利用 Windows Storage Spaces 技术，将多个存储设备组合成一个更大的逻辑卷。这可以提高存储性能和可靠性。Windows Storage Spaces
• **压缩算法:** DirectStorage 支持多种压缩算法，包括 Zstandard 和 LZ4。这些算法能够在保证数据压缩率的同时，提供高效的解压缩速度。Zstandard、LZ4
• **GPU 驱动程序支持:** DirectStorage 需要 GPU 驱动程序的支持才能正常工作。NVIDIA 和 AMD 都已经发布了支持 DirectStorage 的驱动程序。NVIDIA、AMD
• **游戏引擎集成:** DirectStorage 需要游戏引擎的集成才能充分发挥其优势。Unity 和 Unreal Engine 等主流游戏引擎都已经开始支持 DirectStorage。Unity、Unreal Engine
• **IO 请求队列管理:** DirectStorage 通过优化 IO 请求队列管理，提高数据传输效率。

DirectStorage 的兼容性

DirectStorage 的兼容性是一个复杂的问题。以下是一些需要考虑的因素：

• **操作系统:** DirectStorage 需要 Windows 10 版本 2004 或更高版本才能运行。
• **硬件:** DirectStorage 需要支持 NVMe SSD 的主板和存储设备。
• **GPU:** DirectStorage 需要支持 DirectStorage 的 GPU 和驱动程序。
• **游戏:** DirectStorage 需要游戏开发者在游戏中集成 DirectStorage API 才能生效。

目前，只有少数游戏支持 DirectStorage。随着 DirectStorage 的普及，越来越多的游戏将会支持这项技术。

DirectStorage 与其他存储技术的比较

DirectStorage 并非唯一的存储加速技术。以下是一些与 DirectStorage 相关的其他技术：

• **DirectX Storage API (DXStorage):** DXStorage 是 DirectStorage 的前身，也是微软早期探索存储加速技术的尝试。DirectStorage 在 DXStorage 的基础上进行了改进和优化。DirectX
• **Resizable BAR (ReBAR):** ReBAR 是一项允许 CPU 直接访问 GPU 内存的技术。ReBAR 可以提高游戏性能，但它与 DirectStorage 的作用不同。ReBAR 旨在优化 GPU 内存访问，而 DirectStorage 旨在优化存储设备访问。Resizable BAR
• **File System Cache (文件系统缓存):** 文件系统缓存是一种将常用数据存储在内存中的技术。文件系统缓存可以提高文件访问速度，但它无法解决 CPU 瓶颈问题。

DirectStorage 通过直接利用 GPU 的强大处理能力，绕过 CPU 瓶颈，实现了更高效的存储加速。

DirectStorage 的未来发展趋势

DirectStorage 的未来发展趋势主要集中在以下几个方面：

• **更广泛的硬件支持:** 随着 DirectStorage 的普及，越来越多的硬件厂商将会支持这项技术。
• **更强大的压缩算法:** 开发更强大的压缩算法，能够在保证数据压缩率的同时，提供更高效的解压缩速度。
• **更智能的 IO 调度:** 开发更智能的 IO 调度算法，能够根据游戏的需求，优化数据加载顺序，提高游戏性能。
• **与其他技术的集成:** 将 DirectStorage 与其他技术（例如 ReBAR 和 AI）集成，进一步提高游戏性能。
• **云游戏集成:** 将 DirectStorage 应用于云游戏，减少云端服务器的负载，提供更流畅的云游戏体验。云游戏

DirectStorage 与金融市场 (类比)

虽然DirectStorage是计算机技术，但我们可以用金融市场的概念来类比理解其优势。

• **传统存储架构 (CPU加载):** 类似于传统的交易模式，需要经过中间人（CPU）处理信息才能到达最终目的地（GPU）。这增加了延迟和成本，类似于高频交易中的滑点。高频交易、滑点
• **DirectStorage:** 类似于直接市场接入 (DMA)，允许交易者直接与交易所连接，绕过中间人，从而降低延迟和成本。直接市场接入
• **NVMe SSD:** 类似于高速互联网连接，提供更快的交易执行速度。互联网连接
• **GPU解压缩:** 类似于利用先进的算法进行量化交易，更快地分析市场数据。量化交易
• **更大的游戏世界:** 类似于更广泛的市场覆盖，提供更多的投资机会。

交易策略与 DirectStorage

DirectStorage 对游戏产业的潜在影响，可以类比为金融市场中的技术创新对交易策略的影响：

• **趋势跟踪策略:** 更快的加载速度意味着玩家可以更快地体验游戏内容，更容易发现和利用游戏中的趋势，从而提高趋势跟踪策略的成功率。趋势跟踪
• **套利策略:** DirectStorage 降低了游戏资源加载的延迟，可能导致不同地区服务器之间的资源同步差异，从而为套利策略提供机会。套利
• **价值投资策略:** 更大的游戏世界和更精细的画面可能吸引更多玩家，从而提高游戏的价值，为价值投资策略提供机会。价值投资
• **风险管理:** 就像理解市场波动一样，了解 DirectStorage 的局限性（例如兼容性问题）有助于管理游戏开发和玩家体验中的风险。风险管理
• **成交量分析:** DirectStorage 影响游戏玩家的活跃度，从而影响游戏内资源交易的成交量。高成交量通常意味着市场情绪强烈，可以为交易策略提供参考。成交量分析

总结

DirectStorage 是一项具有革命性的存储技术，它有望显著提升游戏加载速度和整体性能。随着 DirectStorage 的普及，玩家将能够享受到更流畅、更沉浸式的游戏体验。对于游戏开发者来说，DirectStorage 提供了更大的创作空间，可以开发更大、更复杂的游戏世界。虽然目前 DirectStorage 的兼容性仍然存在一些问题，但随着技术的不断发展，这些问题将会得到解决。DirectStorage 预示着游戏存储技术发展的新方向，并将在未来几年内对游戏产业产生深远的影响。游戏开发、游戏产业、游戏体验

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