Nie wieder Ladezeiten? Direct Storage im ersten Test mit Radeon, Geforce und Arc

Aktualisierung: PCGH hat im Nachgang zu diesem Artikel, der sehr viel Anklang gefunden hat, noch ein Video zum Thema veröffentlicht. Die Beschreibung dazu: "Direct Storage soll Ladezeiten bei PC-Spielen eliminieren und größere, detailliertere Spielwelten ermöglichen. Um dies zu erreichen, wird der Zugriff auf den Speicher modernisiert - mit beeindruckenden Ergebnissen in ersten PCGH-Benchmarks mit Intel Arc-, AMD Radeon- und Nvidia Geforce-Grafikkarten."

Die Frage, warum Spiele-Konsolen trotz deutlich schwächerer Hardware so gute Ergebnisse erzielen, ist steinalt - ebenso die Antwort darauf: Dadurch, dass nicht für unzählige Hardware-Kombinationen optimiert werden muss, sondern nur für eine, erfolgt eine wesentlich effizientere, maßgeschneiderte Ansprache. Sporadisch schwappen Errungenschaften aus der Konsolenwelt herüber zum PC, etwa die Idee der Lower-Level-Kommunikation, welche wir seit Jahren als DirectX 12 und Vulkan kennen. Mit den aktuellen Konsolen, Sonys Playstation 5 und Microsofts Xbox Series X|S, hielt vor gut zwei Jahren eine weitere Idee Einzug, welche nun den PC bereichert: GPU-beschleunigte Daten-Dekompression. Technikperlen wie Ratchet & Clank: Rift Apart, welche ihre abwechslungsreichen Spielwelten ohne Wartezeiten und Nachladeruckler präsentieren, rücken damit in greifbare Nähe. Das dazugehörige Feature nennt sich Direct Storage, welches wir uns im Folgenden näher ansehen.

Direct Storage: Hintergrund und Anforderungen

In modernen Spielen fallen riesige Datenmengen an, um Charaktere und Welten so realistisch wie möglich erscheinen zu lassen. Aus Platzgründen werden diese Daten komprimiert abgespeichert, müssen zur Benutzung jedoch dekomprimiert werden - so wie Zip-Archive auf Ihrem Rechner auch. Die Dekomprimierung erfolgt zur Laufzeit, sprich, sobald Sie ein Spiel starten: Die Daten werden zunächst in den Arbeitsspeicher geladen, dort vom Hauptprozessor (CPU) dekomprimiert und erst dann in den Grafikspeicher kopiert. Egal, wie potent die CPU ist, dieser Prozess ist langwierig und niemals effizient. Direct Storage ermöglicht eine signifikante Beschleunigung der Ladezeiten, indem die Grafikkarte (GPU) anstelle des Hauptprozessors für die Asset-Dekomprimierung und das Data-Streaming eingespannt wird. GPUs sind Meister darin, hochparallel zu arbeiten, und damit ideale Rechenwerke für diese Aufgabe. Durch die Änderung wird die Datenbereitstellung um Dimensionen beschleunigt - nicht nur beim anfänglichen Laden, sondern auch beim Navigieren durch die Spielwelt -, außerdem fällt die Abhängigkeit von der CPU- und RAM-Leistung weg. Der Hauptprozessor kann sich künftig um andere Dinge kümmern, etwa eine bessere KI und Physik, während die Grafikkarte sicherstellt, dass noch bessere Grafik ohne Wartezeit auf dem Bildschirm erscheint. Langfristig denkbar ist auch, dass das ehemals träge Datenlager, die Festplatte, künftig als vollwertiger "Last Level Cache" verwendet wird, wobei Daten mit enormer Transferrate ohne Ladezeit gestreamt werden. Doch das ist Zukunftsmusik - zurück zur kaum unspannenderen Gegenwart.

Bei Direct Storage handelt es sich um eine neuartige Schnittstelle (API), die bereits vor eineinhalb Jahren angekündigt wurde und interessierten Entwicklern seit einiger Zeit zur Verfügung steht. Die vor wenigen Monaten verabschiedete Version 1.1 ist nun bereit für ihre Jungfernfahrt. Damit alles reibungslos läuft, steht Microsoft von Anfang an mit AMD, Intel und Nvidia in engem Kontakt. Während die Idee und Spezifikation des Standards einheitlich ist, obliegt die optimale Implementierung nämlich den GPU-Herstellern. AMD (Radeon), Intel (Arc) und Nvidia (Geforce) haben bereits angepasste Grafiktreiber veröffentlicht, teils mit kreativen Namen. So nennt AMD die Funktion beispielsweise Smart Access Storage, während Nvidia von RTX IO spricht. Im Kern handelt es sich jedoch nur um die herstellereigene Umsetzung von Direct Storage im eigenen Treiber.
Quelle: Nvidia RTX IO: Nvidias Name für Direct Storage

Direct Storage schneidet alte Zöpfe ab, um möglichst effektiv zu sein, was gleichzeitig gut und schlecht ist. Um das bahnbrechende Feature zu nutzen, wird zwingend eine SSD gemäß NVME-Standard benötigt, das weitverbreitete SATA-Protokoll wird nicht unterstützt. Direct Storage ist für Microsoft ein wichtiger Baustein zur Stärkung von Windows als Gaming-Plattform, sodass auch die folgende Anforderung nicht überraschen dürfte: Direct Storage ist als "Vollversion" nur unter Windows 11 verfügbar. Zwar sollen entsprechend vorbereitete PC-Spiele auch unter Windows 10 eine bessere Performance abliefern, Microsoft gibt jedoch zu Protokoll, dass nur Windows 11 in der Lage ist, von der I/O-Speicherzugriffsoptimierung vollumfänglich zu profitieren. Direct Storage umfasst offiziell die folgenden Funktionen:

• Das neue Direct-Storage-API-Programmiermodell, das ein DX12-ähnliches Batch-Aufrufmuster für die Übermittlung von Daten bereitstellt, entlastet Anwendungen von der Notwendigkeit, Tausende von I/O-Anfragen pro Sekunde einzeln zu verwalten.
• GPU-Dekomprimierung für superschnelle Asset-Dekomprimierung für Ladezeit- und Streaming-Szenarien.
• Exklusiv für Windows 11: Erweiterte Optimierung des Speicherstapels. Unter Windows 11 besteht dies aus einem aktualisierten OS-Storage-Stack, der das volle Potenzial von Direct Storage freisetzt.

Direct Storage: Erster Praxistest mit Benchmarks

Wir haben uns das spannende Feature anhand eines speziellen Testprogramms angesehen, das der Anbieter Compusemble kostenlos bereitstellt (der Download ist in den Kommentaren zu finden). Hierbei werden die Ladezeiten, die Transferrate und die Prozessor-Auslastung getestet. Der Test ist weder besonders spektakulär, noch praxisnah, doch er klopft die Funktionsfähigkeit von Direct Storage aufseiten der Hard- und Software ab. Zu sehen ist eine Armee aus gesunden Früchten: Diverse aufgeschnittene Avocados werden geladen und tanzen anschließend durch das Bild - lecker und lehrreich!

Wir haben den Test auf unserem aktuellen GPU-Testsystem mit je einer AMD-, Intel- und Nvidia-Grafikkarte auf verschiedenen Datenträgern durchgeführt. Neben PCI-Express 4.0 benchen wir PCI-Express 3.0 sowie SATA mit einer Radeon RX 7900 XT, Arc A770 16GB sowie Geforce RTX 4080. Jede Konfiguration durchläuft den Benchmark fünfmal, anschließend bilden wir den Mittelwert ohne Berücksichtigung von Ausreißern. Screenshots des jeweils besten Runs finden Sie in der Bildergalerie, im Folgenden die gemittelten Ergebnisse:
Quelle: PC Games Hardware Direct Storage Benchmark Results

Egal, ob AMD Radeon, Intel Arc oder Nvidia Geforce, das Tool bescheinigt allen eine gigantische Verbesserung durch Direct Storage 1.1: Die Ladezeiten durch GPU-beschleunigte Dekompression werden enorm reduziert - von gut fünf Sekunden auf eine halbe (!) - und der Prozessor kann sich dank minimaler Auslastung anderen Aufgaben widmen. Interessanterweise erreicht Grafikkarten-Newcomer Intel mit der Arc A770 die besten Ergebnisse. Inwiefern dies am ebenfalls von Intel stammenden Prozessor-Unterbau liegt, oder ob die Leistung davon unabhängig ist, werden weitere Tests herausarbeiten müssen. Bestätigt wird auch, dass eine via SATA angeschlossene SSD nicht von Direct Storage profitieren kann, da das NVME-Protokoll ein elementarer Teil des Features ist.

Das interessante Action-Adventure Forspoken wird ab dem 24. Januar zeigen, was die "konsolige" Dekompression in einem vollwertigen Spiel ausrichten kann. Die Macher von Final Fantasy 15 präsentieren eine weitläufige Fantasy-Welt, welche bereits auf der Playstation 5 in Gestalt einer Demo-Version einen ausgereiften Eindruck hinterlässt und mit blitzschnellen Ladezeiten beeindruckt. Allerdings ist dies nur ein Vorgeschmack auf die Möglichkeiten von und mit Direct Storage, das Spiel setzt nicht konsequent auf exzessives Daten-Streaming, um den Betrieb auch auf älteren PCs möglich zu machen. Bis dahin: Was halten Sie von Direct Storage und den damit verbundenen Möglichkeiten? Haben Sie bereits eine NVME-SSD oder planen Sie nun einen Kauf? Diskutieren Sie mit!

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Nie wieder Ladezeiten? Direct Storage im ersten Test mit Radeon, Geforce und Arc Mit Direct Storage sollen Ladezeiten in PC-Spielen der Vergangenheit angehören und größere, detailliertere Spielwelten ermöglicht werden. Hierzu wird der Zugriff auf die Datenspeicher modernisiert - mit beeindruckenden Ergebnissen in ersten PCGH-Benchmarks mit Intel Arc, AMD Radeon und Nvidia Geforce.

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