非同步著色器近期因為首款採用 DirectX 12 的遊戲「奇點灰燼」測試版，在 2 家獨立顯示卡晶片設計開發商 AMD 與 NVIDIA 之間的測試結果相差甚異，加上遊戲開發商說出 NVIDIA 硬體不支援的一席話，掀起一陣波瀾。究竟非同步著色器是什麼東西，為何在 DirectX 12 裡面如此重要？

DirectX 12 主要有 2 項重大改進，其一主要用於處理器與驅動程式，DirectX 12 能夠將起始繪圖任務控制權從驅動程式移交給一般程式，讓遊戲開發者能夠更好的控制運算資源。其二則是繪圖處理器工作流程改進，非同步著色器（asynchronous shaders）可改善過去單一時間僅能處理單一工作，讓繪圖處理器各個硬體線路負擔不同的工作。

▲Matthäus Chajdas 解釋 DirectX 12 將帶來何種運算工作流程改變。

以上影片為 DirectX 12 對於繪圖流程的改變，觀看簡報圖片足以了解大致上的影響。如果依然不清楚，請搭配服用筆者接下來的文字說明，將著重於解釋非同步著色器的原理。

在 DirectX 11 以前（包含 DirectX 11），繪圖處理器的每個時間時槽，僅能處理 1 件任務，譬如將貼圖紋理資料載入至顯示卡記憶體、運算物體特效、畫面後處理等，這些工作都必須一樣一樣的依序執行。

這種依序工作有個缺點，無法完整地利用繪圖處理器內部所有的硬體線路，譬如更新紋理資料只需記憶體控制器相關硬體進行工作，物理特效則是由運算單元進行，畫面後處理主要是光柵單元的工作。雖然說目前繪圖處理器均導入省電機制，沒有工作或是工作負擔很低的硬體線路，都會將其關閉或降低運作時脈，但並無法提升效能。

導入非同步著色器之後，原本繪圖處理器空閒的硬體線路，能夠額外塞進不同的工作，也就是同一時間內將可進行不同的工作。更新貼圖紋理資料、物理運算、畫面後處理，能夠同時交付繪圖處理器進行運算。除了 DirectX 12 以外，Vulkan API 也會導入此種機制。

▲多項工作同時進行代表工作延遲降低，或是效能提升。

這概念有點類似於處理器的亂序執行或超執行緒，x86 指令解碼成微指令之後，進入亂序執行緩衝區等待，一旦核心內部各種執行單元，如整數、浮點數、記憶體存取等單元有空閒，就會將適合的微指令發送給執行單元，盡量填滿各個執行單元的工作。

不過筆者認為近日 AMD 和 NVIDIA 的爭議僅是行銷口水戰，等到真的能夠完整利用 DirectX 12 的遊戲正式推出，再來比較 2 家效能也不遲。說不定等到遊戲正式推出，目前雙方頂級顯卡均無法於 60FPS 門檻順暢執行，更遑論電腦螢幕正朝向超越 1920 x 1080 解析度的方向邁進。

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