V posledních letech hrají strojové učení a umělá inteligence stále významnější roli ve světě technologií, zejména v oblasti her, kreativního softwaru a operačního systému Windows. I když si pojmy jako DLSS, ray tracing a hardwarová akcelerace získávají na popularitě již nějakou dobu, existuje klíčová součást, která celý tento mechanismus v ekosystému Microsoftu propojuje: DirectML . Pokud jste se někdy zamýšleli nad tím, co je DirectML, k čemu se používá a jak se stává tajným motorem mnoha současných inovací, zde je nejkomplexnější a nejaktuálnější vysvětlení.
DirectML není jen módní slovo; je to základní technologie navržená k uvolnění plného potenciálu moderních grafických procesorů (GPU) a neuronových procesorů (NPU) v úlohách umělé inteligence a strojového učení, ať už ve videohrách nové generace, aplikacích pro úpravu multimédií nebo pokročilých funkcích systému Windows. Pochopení DirectML dnes znamená pochopení významné části technologické revoluce, která probíhá v počítačích, konzolích a zařízeních s Windows.
Co je DirectML a proč je důležitý?
DirectML (Direct Machine Learning) je nízkoúrovňové API vytvořené společností Microsoft speciálně pro urychlení úloh strojového učení v systémech Windows pomocí standardu DirectX 12. Jedná se o knihovnu, která umožňuje vývojářům využít sílu grafických procesorů (GPU) a neprocesorových jednotek (NPU) k efektivnímu spouštění modelů umělé inteligence. Toto API je určeno nejen pro vývoj her, ale také pro všechny typy aplikací, enginů, middlewaru a prostředí, která vyžadují pokročilé funkce strojového učení.
Důvod existence DirectML spočívá v integraci a akceleraci umělé inteligence v ekosystému Windows . Umožňuje komplexním algoritmům využít obrovský paralelismus a výpočetní výkon, které nabízejí moderní grafické procesory (GPU) a v poslední době i neuronové procesory (NPU) začleněné do mnoha současných systémů, namísto aby se spoléhaly pouze na centrální procesorovou jednotku (CPU). Díky tomu jsou úkoly, jako je zpracování obrazu, vylepšení grafiky, akcelerace prediktivních modelů a pokročilá automatizace úloh, výrazně rychlejší, efektivnější a dostupnější širšímu okruhu uživatelů a vývojářů.
Jak funguje DirectML v prostředí Windows?
DirectML funguje jako most mezi frameworky strojového učení (jako je TensorFlow nebo PyTorch) a hardwarem kompatibilním s DirectX 12. Jeho implementace je hluboce integrována do Windows 10 od verze 1903 (build 10.0.18362) a do Windows 11 , takže jakékoli kompatibilní aplikaci usnadňuje využití této hardwarové akcelerace.
Velkou výhodou DirectML je, že nabízí konzistentní a jednoduché API pro vývojáře, kteří mohou vytvářet a nasazovat inferenční modely umělé inteligence napříč širokou škálou zařízení a architektur . Ať už mluvíme o GPU od AMD, Intel , NVIDIA , Qualcomm nebo dedikovaných NPU, cílem DirectML je sjednotit volání a umožnit maximální dostupný výkon. Použitím DirectX 12 jako základu vám umožňuje plně využít váš grafický hardware s velmi nízkou latencí a bezkonkurenční efektivitou pro úkoly, jako je supersampling obrazu, rozpoznávání vzorů a automatická klasifikace multimédií.
V praxi se DirectML stal standardem pro akceleraci frameworků umělé inteligence ve Windows . Microsoft jej propaguje jako integrační kanál, zejména pro použití s ONNX Runtime (běhové prostředí pro standardní modely umělé inteligence), TensorFlow a PyTorch, což umožňuje aplikacím a hrám dosáhnout zásadních vylepšení rychlosti a výpočetního výkonu, aniž by se musely spoléhat na specifický hardware od jedné značky.
Reálné využití DirectML: aktuální aplikace a příklady
DirectML zdaleka není jen teoretickou technologií, ale je již používán v řadě kreativních a profesionálních řešení, zejména v nových počítačích s Windows Copilot+ . Tato zařízení, vybavená pokročilými architekturami s nejnovější generací NPU a GPU, plně využívají možností DirectML k lokálnímu a ultra efektivnímu provádění inteligentních úloh.
Mezi aplikacemi, které již začlenily DirectML, jsou někteří významní hráči v oblasti kreativního a produktivního softwaru:
- Adobe Premiere ProPoužívá DirectML pro automatické označování zvukových klipů a okamžitě klasifikuje každý soubor na základě jeho povahy (hudba, dialogy, efekty, atmosféra), což výrazně urychluje editaci.
- Zachyťte jednu: začlenil dvě funkce vylepšené umělou inteligencí s DirectML, jako například Match Look a AI Crop, což fotografům a kreativcům usnadňuje práci bez ztráty přesnosti.
- Afinitní fotografie 2Využívá DirectML a Qualcomm Hexagon NPU pro automatický výběr objektů a motivů ve fotografii, čímž eliminuje potřebu ručního maskování a zefektivňuje úpravy.
V herním sektoru se DirectML stalo klíčem k výzkumu a vývoji technik, jako je inteligentní supersampling a zlepšení grafického výkonu bez obětování kvality. Například když Microsoft představil Xbox Series X|S, vývojáři označili DirectML za jednu z největších silných stránek konzole, která umožňuje radikální zlepšení výkonu prostřednictvím technik, jako je „superrozlišení ML“, přenos uměleckých stylů a vývoj emergentních herních zážitků.
Vztah DirectML k Ray Tracing, DLSS a konkurenci
Jednou z nejčastěji kladených otázek je, zda DirectML přímo konkuruje technologiím, jako je DLSS od NVIDIA, nebo zda je alternativou k ray tracingu . Stručná odpověď zní, že DirectML a DLSS, ačkoli sdílejí určité cíle (zlepšení kvality a výkonu ve videohrách pomocí umělé inteligence), nejsou úplně stejné.
DLSS (Deep Learning Super Sampling) je patentovaná technologie společnosti NVIDIA , která využívá hluboké učení ke generování obrázků s vyšším rozlišením z menšího počtu pixelů vykreslených grafickým procesorem, čímž se zlepšuje FPS a vizuální kvalita. Ačkoli je DLSS k dispozici pouze pro grafické karty RTX, koncept, na kterém je založena, je založen na technikách strojového učení, které se i Microsoft snaží demokratizovat prostřednictvím DirectML.
DirectML je otevřené API integrované do systému Windows pro jakýkoli hardware kompatibilní s DirectX 12. Umožňuje vývojářům přístup k řadě funkcí akcelerace pomocí umělé inteligence, od inteligentního upscalingu obrazu (Super Resolution) až po optimalizaci herního enginu, generování textur, rozpoznávání řeči a automatické vylepšování fotografií. Proto mohou společnosti AMD, Intel a NVIDIA používat DirectML, což otevírá dveře alternativám k DLSS na platformách, jako jsou grafické karty AMD s Radeon ML a podobnými technologiemi.
Tracování paprsků a umělá inteligence jdou ruku v ruce díky DirectML . S příchodem DirectX 12 Ultimate spolupracují technologie jako DXR (DirectX Ray Tracing) a DirectML, takže vývojáři mají přístup jak k realistické simulaci světelných paprsků, tak k umělé inteligenci aplikované na grafiku, což generuje realističtější, rychlejší a efektivnější obraz.
Například společnost AMD pracovala na řešeních, jako je DirectML Super Resolution , které umožňuje inteligentní upscaling (upgrade obrazu z 540p na ostré 4K s omezením aliasingu) na svých grafických kartách RX 6000 a Xbox, a to v souladu s filozofií otevřenosti a multiplatformnosti, která konkuruje DLSS, ale není omezena na jednoho výrobce.
Integrace DirectML do hardwaru: NPU, GPU a další generace počítačů
Nejvýznamnějším nedávným vývojem je integrace DirectML nejen do GPU, ale také do NPU (neuronových procesorových jednotek) . Doposud se DirectML používal primárně k využití výkonu grafických karet od společností AMD, NVIDIA a Intel. S příchodem procesorů Intel Core Ultra (Meteor Lake) a jejich NPU AI Boost a partnerstvím se společností Samsung se však DirectML rozšířil a plně využívá čipy určené výhradně pro úlohy umělé inteligence v rámci počítače.
To představuje revoluci ve srovnání s předchozím výhradním spoléháním se na GPU . Nyní lze úkoly, jako je odvozování jazykových modelů, analýza v reálném čase a klasifikace multimédií, outsourcovat těmto NPU, což uvolňuje ještě více zdrojů a zlepšuje energetickou účinnost. Podpora se zpočátku objevila na noteboocích Intel a Samsung s Windows 11, které pro správné fungování vyžadují kombinaci softwarových komponent (DirectML 1.31.1, NuGet, ONNX Runtime 1.17 a aktualizované ovladače Intel ).
Přestože je podpora umělé inteligence u procesorů AMD Ryzen v současné době omezená, je zřejmé, že se odvětví posouvá k větší integraci DirectML napříč všemi typy hardwaru. Cílem společnosti Microsoft je zajistit, aby v revoluci umělé inteligence nezůstal žádný vývojář ani uživatel pozadu, a v blízké budoucnosti se očekává, že nová řada Ryzen 8040 bude zahrnovat pokročilou podporu DirectML a schopnosti akcelerace NPU.
Porovnání výkonu a optimalizace GPU: Kdy se DirectML vyplatí?
Jedním z nejdiskutovanějších témat týkajících se DirectML je jeho skutečný výkon ve srovnání s jinými nativními GPU řešeními . Podle testů provedených na různých systémech, například s použitím TensorFlow a DirectML v subsystému Windows pro Linux (WSL), se doba provádění může výrazně lišit v závislosti na použitém GPU a ovladačích.
Například na systému s procesorem Ryzen 3600 a grafickou kartou AMD RX 6600 XT trval test přibližně 139 sekund, zatímco na Nvidia RTX 3060 s nativními ovladači to bylo 97 sekund. To ukazuje, že ačkoli je DirectML výkonný a flexibilní nástroj, stále mohou existovat situace, kdy je čistý výkon nativního ovladače (zejména na kartách NVIDIA) lepší. Rozdíl však má tendenci se s každou aktualizací a rozšířením podpory DirectML snižovat, zejména na hardwaru AMD nebo v situacích, kdy je upřednostňována kompatibilita napříč platformami a přístup k inteligentním funkcím ze standardních frameworků umělé inteligence.
Není vždy dobrý nápad používat DirectML, zejména v těchto případech:
- Pokud máte velmi výkonnou grafickou kartu, ale nepodporujete DirectML, může nativní ovladač nabídnout lepší výkon.
- Pro extrémně složité a specifické úlohy strojového učení můžete potřebovat specializovanější řešení nebo knihovny optimalizované přímo pro váš hardware.
- Pokud váš vývoj nevyžaduje umělou inteligenci ani strojové učení, DirectML nenabízí žádnou přidanou hodnotu a můžete se rozhodnout pro jiné nástroje přizpůsobené vašemu pracovnímu postupu.
Aktuální výhody a omezení DirectML
Mezi hlavní výhody DirectML patří jeho bezproblémová integrace s Windows, kompatibilita s širokou škálou hardwaru a schopnost zpřístupnit a zefektivnit umělou inteligenci pro každého uživatele nebo vývojáře . Umožňuje akceleraci jak produktivních aplikací, tak všech typů videoher, bez nutnosti rozsáhlých znalostí hardwaru, za předpokladu, že systém splňuje minimální požadavky DirectX 12 a má odpovídající podporu.
DirectML je navíc kanál, jehož prostřednictvím mohou vývojáři předvídat budoucnost lokální umělé inteligence a vyhýbat se tak výhradní závislosti na cloudu nebo proprietárních řešeních . Díky integraci s technologiemi, jako jsou ONNX Runtime, TensorFlow, PyTorch a další populární knihovny umělé inteligence, je škála možností stejně rozsáhlá jako představivost inženýrů a kreativců.
Přesto však existují určité nevýhody nebo překážky vstupu :
- Výkon v některých případech stále zaostává za nativními ovladači optimalizovanými pro konkrétní značku GPU, i když se rozdíl každým rokem zmenšuje.
- Integrace NPU je stále v rané fázi, což znamená, že pouze určité modely hardwaru, verze a ovladače mohou tyto funkce plně využít.
- U vysoce složitých nebo specializovaných modelů hlubokého učení mohou existovat omezení kompatibility, v takovém případě může být nutné použít alternativní knihovny.
Požadavky, instalace a spuštění DirectML
Abyste mohli v systému Windows využívat výhody DirectML, prvním požadavkem je systém kompatibilní s DirectX 12 a příslušná verze operačního systému (Windows 10 build 1903 nebo novější, případně Windows 11) . Instalace a používání jsou pak obvykle vázány na software, který chcete používat (například TensorFlow nebo PyTorch), a odpovídající ovladač GPU nebo NPU.
V pokročilých scénářích, jako je například použití Windows Subsystem for Linux (WSL) a akcelerace strojového učení v prostředí Linuxu pod Windows, jsou kroky obvykle následující:
- Povolte subsystém WSL a platformu virtuálních počítačů v sekci Funkce systému Windows.
- Nainstalujte si distribuci Linuxu (například Ubuntu) z obchodu Microsoft Store.
- Nastavte vývojové prostředí, jako je MiniConda, pro správu prostředí Pythonu.
- Nainstalujte příslušnou verzi TensorFlow nebo PyTorch a integrujte podporu DirectML dle oficiální dokumentace.
Pro akceleraci NPU je nezbytné mít nejnovější verzi DirectML, ONNX Runtime a nejaktuálnější ovladače pro odpovídající NPU (například Intel AI Boost v Meteor Lake) . Ne všechny modely nebo úlohy jsou v počátečních verzích podporovány, proto je důležité prostudovat si poznámky k verzi a seznamy podporovaných modelů od jednotlivých dodavatelů hardwaru.
Budoucnost DirectML: Umělá inteligence v srdci ekosystému Windows
Společnost Microsoft i nadále výrazně investuje do DirectML jakožto hnací síly inovací v oblasti umělé inteligence pro Windows . Vývoj Windows Copilot+, jeho integrace s novými čipy od společností Intel, Qualcomm a AMD a otevření platformy všem typům vývojářů předznamenávají nezastavitelnou expanzi DirectML v nadcházejících letech.
Tým DirectML pracuje na přidávání dalších funkcí a usnadnění využití umělé inteligence v aplikacích pro všechny vývojáře , urychluje budoucí inovace a demokratizuje sílu umělé inteligence napříč desktopy, webem a mobilními zařízeními . Trend je jasný: vyšší výkon, méně technických překážek a stále bezproblémovější a personalizovanější zážitek pro uživatele Windows.
Vášnivý spisovatel o světě bytů a technologií obecně. Rád sdílím své znalosti prostřednictvím psaní, a to je to, co budu dělat v tomto blogu, ukážu vám všechny nejzajímavější věci o gadgetech, softwaru, hardwaru, technologických trendech a dalších. Mým cílem je pomoci vám orientovat se v digitálním světě jednoduchým a zábavným způsobem.