在 Windows 11 系統(tǒng)中，有一項(xiàng)名為「硬件加速 GPU 計(jì)劃」的功能，旨在提升圖形處理的效率和性能。這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)更直接地管理 GPU 和 CPU 之間的通信，來(lái)減少系統(tǒng)資源的占用，為用戶(hù)帶來(lái)更流暢的圖形體驗(yàn)。

「硬件加速 GPU 計(jì)劃」可以讓多個(gè)應(yīng)用之間的 GPU 調(diào)度更加高效。接下來(lái)，本文將帶你深入了解該功能的背景、工作原理和啟用方式，特別適合游戲玩家和對(duì) Windows 內(nèi)部機(jī)制感興趣的技術(shù)愛(ài)好者閱讀。

其實(shí)，「Hardware Accelerated GPU Scheduling」翻譯成「硬件加速 GPU 調(diào)度」更加貼切。Windows 11 的這個(gè)官方機(jī)翻多少有點(diǎn)怪異。

「硬件加速 GPU 計(jì)劃」的工作機(jī)制

地球人都知道，CPU 是計(jì)算機(jī)的「大腦」，它負(fù)責(zé)統(tǒng)籌管理所有硬件組件，包括了：輸入輸出設(shè)備、內(nèi)存、存儲(chǔ)、GPU 及外設(shè)等。

• 在以往的 Windows 系統(tǒng)中，分配和管理「發(fā)往 GPU 的任務(wù)」主要依賴(lài) CPU 進(jìn)行調(diào)度。
• 當(dāng)你在 Windows 11 上，啟用「硬件加速 GPU 計(jì)劃」后，部分與 GPU 相關(guān)的調(diào)度任務(wù)將轉(zhuǎn)交給 GPU 自行管理。

硬件加速 GPU 調(diào)度示意圖

「WDDM GPU 調(diào)度器」的發(fā)展與變革

WDDM（Windows 顯示驅(qū)動(dòng)模型）的引入極大地改變了 Windows 平臺(tái)的圖形處理方式。或許很少有人還記得 WDDM 誕生之前的「舊時(shí)代」。

• 那時(shí)，各類(lèi)應(yīng)用可以毫無(wú)限制地向 GPU 提交任務(wù)，這些任務(wù)會(huì)統(tǒng)一進(jìn)入到一個(gè)「全局隊(duì)列」，并嚴(yán)格按照「先到先執(zhí)行」的順序來(lái)處理。當(dāng)時(shí)的調(diào)度機(jī)制雖然極其原始，但由于大多數(shù)場(chǎng)景只是「單應(yīng)用全屏運(yùn)行」，這種簡(jiǎn)單的調(diào)度尚且還能應(yīng)付需求。
• 隨著時(shí)代的發(fā)展，越來(lái)越多的應(yīng)用開(kāi)始借助 GPU 來(lái)實(shí)現(xiàn)更豐富的圖形渲染和動(dòng)畫(huà)效果。為了確保系統(tǒng)迅速響應(yīng)、界面流暢交互，平臺(tái)亟需更智能的 GPU 調(diào)度機(jī)制。正是在這種需求推動(dòng)下，「WDDM GPU 調(diào)度器」應(yīng)運(yùn)而生。

多年以來(lái)，微軟也在持續(xù)對(duì) WDDM 核心的 GPU 調(diào)度器進(jìn)行升級(jí)迭代，每一代都在不斷擴(kuò)展支持新的特性和應(yīng)用場(chǎng)景。然而，無(wú)論調(diào)度器如何演變，有一個(gè)核心機(jī)制始終未曾改變——Windows 系統(tǒng)始終依賴(lài) CPU 上運(yùn)行的一個(gè)高優(yōu)先級(jí)線(xiàn)程，來(lái)協(xié)調(diào)、排序并調(diào)度各個(gè)應(yīng)用提交的 GPU 任務(wù)。

這種以 CPU 為中心的 GPU 調(diào)度模式，存在一些「先天弊端」。比如：任務(wù)提交和調(diào)度帶來(lái)的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，以及 GPU 獲得任務(wù)時(shí)的延遲。在過(guò)去，這些問(wèn)題很大程度上被傳統(tǒng)應(yīng)用的運(yùn)行方式所掩蓋。

• 通常，應(yīng)用會(huì)讓 GPU 處理當(dāng)前幀（第 N 幀）的渲染任務(wù)，而 CPU 則「預(yù)先」為下一幀（N+1 幀）準(zhǔn)備好 GPU 指令。
• 通過(guò)將 GPU 指令「批量緩沖」，應(yīng)用只需每幀「少量次數(shù)」向 GPU 提交任務(wù)，這既降低了調(diào)度開(kāi)銷(xiāo)，又提升了 CPU 與 GPU 的并行效率。

但是，這種「緩沖批量」機(jī)制也帶來(lái)了副作用——用戶(hù)交互的延遲：

• 用戶(hù)在「N+1 幀」產(chǎn)生的輸入，在 CPU 捕獲后，GPU 直到下一個(gè)渲染幀才會(huì)予以處理和顯示。調(diào)度機(jī)制在「降低延遲」和「減少任務(wù)提交及調(diào)度開(kāi)銷(xiāo)」之間的矛盾始終存在。
• 應(yīng)用雖然可以通過(guò)更頻繁、更細(xì)粒度的提交來(lái)縮短「輸入 → 響應(yīng)」的延遲，但這會(huì)帶來(lái)更大的調(diào)度開(kāi)銷(xiāo)；反之，批量提交能減少系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，卻不可避免地增加了用戶(hù)操作的延遲。

硬件加速 GPU 調(diào)度

為了解決以上問(wèn)題，微軟為 Windows 引入了一套全新的 GPU 調(diào)度機(jī)制。如果你的顯卡和驅(qū)動(dòng)程序支持，就可以根據(jù)需求自行選擇開(kāi)啟或關(guān)閉。

• 在啟用「硬件加速 GPU 計(jì)劃」后，Windows 11 就可以將大部分「GPU 調(diào)度工作」，交由 GPU 內(nèi)部專(zhuān)用的調(diào)度處理器來(lái)負(fù)責(zé)。
• 雖然 Windows 11 依舊會(huì)進(jìn)行整體任務(wù)優(yōu)先級(jí)的管理，以及各應(yīng)用之間的分配決策，但那些高頻調(diào)度任務(wù)（比如不同 GPU 引擎的時(shí)間片管理和上下文切換），都能直接交由 GPU 內(nèi)部的調(diào)度單元進(jìn)行處理。

這個(gè)機(jī)制的優(yōu)勢(shì)在于：GPU 可以更高效地處理自身任務(wù)，CPU 的負(fù)擔(dān)也隨之減輕。最終帶來(lái)的結(jié)果是——系統(tǒng)整體性能的提升和輸入延遲的降低。

在 Windows 11 上啟用「硬件加速 GPU 計(jì)劃」系統(tǒng)要求

「硬件加速 GPU 計(jì)劃」最初于 2020 年 5 月隨 Windows 10 的更新推出，如今在 Windows 11 中得到了延續(xù)。具體的系統(tǒng)要求如下：

• 操作系統(tǒng)：Windows 10 和 Windows 11 都支持該功能，但考慮到 Windows 10 已經(jīng)逐漸退出主流支持，實(shí)際就是指 Windows 11。
• 顯卡硬件：
  • 對(duì)于 NVIDIA 用戶(hù)，顯卡需要 GTX 1000 系列或更高型號(hào)。
  • 對(duì)于 AMD 用戶(hù)，顯卡需要 Radeon RX 5000 系列或更高型號(hào)。
• WDDM 版本：Windows 顯示驅(qū)動(dòng)模型（WDDM）需要 2.7 或更高版本。

請(qǐng)定期將你的顯卡驅(qū)動(dòng)升級(jí)到最新版本，以獲得最佳的兼容性和體驗(yàn)。

打開(kāi)或關(guān)閉「硬件加速 GPU 計(jì)劃」

1、按Windows + I快捷鍵打開(kāi)「設(shè)置」，依次選擇「系統(tǒng)」>「屏幕」>「顯示卡」。

2、展開(kāi)「高級(jí)圖形設(shè)置」菜單，根據(jù)你的需要關(guān)閉或打開(kāi)「硬件加速 GPU 計(jì)劃」開(kāi)關(guān)（推薦啟用）。

3、完成設(shè)置后，重啟計(jì)算機(jī)使配置生效。

在 Windows 11 上打開(kāi)或關(guān)閉「硬件加速 GPU 計(jì)劃」

通過(guò)以上步驟，你就可以輕松啟用或禁用這一功能，體驗(yàn)由「硬件加速 GPU 計(jì)劃」帶來(lái)的性能提升。

實(shí)際性能影響

在實(shí)際應(yīng)用中，啟用「硬件加速 GPU 計(jì)劃」通常會(huì)帶來(lái)以下幾方面的改善：

• 性能提升：由于 GPU 可以更高效地處理自身任務(wù)，系統(tǒng)的整體性能會(huì)有所提升，特別是在高負(fù)載的圖形應(yīng)用和游戲中。
• 輸入延遲降低：減少用戶(hù)輸入與屏幕顯示之間的延遲，帶來(lái)更流暢的交互體驗(yàn)。
• CPU 負(fù)擔(dān)減輕：通過(guò)將部分調(diào)度任務(wù)直接交給 GPU，CPU 的負(fù)擔(dān)會(huì)有所減輕，從而可以處理更多的計(jì)算任務(wù)。

但需要注意的是，并不是所有用戶(hù)都能明顯感受到這些性能變化。實(shí)際效果會(huì)因硬件配置、驅(qū)動(dòng)版本和具體應(yīng)用而有所不同。

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