DirectML: Όλα για την επανάσταση της Τεχνητής Νοημοσύνης στα Windows και τα παιχνίδια

Τα τελευταία χρόνια, η μηχανική μάθηση και η τεχνητή νοημοσύνη έχουν αναλάβει ολοένα και πιο εξέχοντα ρόλο στον κόσμο της τεχνολογίας, ειδικά στους τομείς των παιχνιδιών, του δημιουργικού λογισμικού και του λειτουργικού συστήματος Windows. Ωστόσο, αν και όροι όπως DLSS, Ray Tracing και επιτάχυνση από υλικού Ακούγονται δυνατά εδώ και αρκετό καιρό, υπάρχει ένα βασικό κομμάτι που συνδέει όλα αυτά τα εργαλεία στο οικοσύστημα της Microsoft: DirectML. Αν έχετε αναρωτηθεί ποτέ τι είναι το DirectML, σε τι χρησιμοποιείται και πώς γίνεται η μυστική μηχανή πίσω από πολλές από τις σημερινές καινοτομίες, ορίστε η πιο ολοκληρωμένη και ενημερωμένη εξήγηση.

Το DirectML δεν είναι απλώς μια λέξη-κλειδί: είναι μια βασική τεχνολογία που έχει σχεδιαστεί για να αξιοποιεί πλήρως τις σύγχρονες δυνατότητες των GPU και των NPU για υπολογιστικές εργασίες. τεχνητή νοημοσύνη και μηχανική μάθηση, είτε πρόκειται για βιντεοπαιχνίδια επόμενης γενιάς, εφαρμογές επεξεργασία περιεχομένου πολυμέσων ή προηγμένες λειτουργίες των Windows. Σήμερα, η κατανόηση του DirectML σημαίνει κατανόηση ενός μεγάλου μέρους της τεχνολογικής επανάστασης που λαμβάνει χώρα στους προσωπικούς υπολογιστές, τις κονσόλες και τις συσκευές Windows.

Τι είναι το DirectML και γιατί είναι σημαντικό;

Το DirectML (Άμεση Μηχανική Μάθηση) είναι ένα API χαμηλού επιπέδου που δημιουργήθηκε από τη Microsoft ειδικά για την επιτάχυνση εργασιών μηχανικής μάθησης σε συστήματα Windows μέσω του προτύπου DirectX 12. Πρόκειται για μια βιβλιοθήκη που επιτρέπει στους προγραμματιστές να αξιοποιήσουν τη δύναμη των καρτών γραφικών (GPU) και των επεξεργαστών ειδικού σκοπού (NPU) για την αποτελεσματική εκτέλεση μοντέλων τεχνητής νοημοσύνης. Αυτό το API έχει σχεδιαστεί όχι μόνο για την ανάπτυξη παιχνιδιών, αλλά και για όλους τους τύπους εφαρμογών και μηχανών, middleware και περιβάλλοντα που απαιτούν προηγμένες δυνατότητες ML (Machine Learning).

Ο λόγος για το DirectML είναι η ενσωμάτωση και η επιτάχυνση της τεχνητής νοημοσύνης στο οικοσύστημα των Windows.. Επιτρέπει στους πολύπλοκους αλγόριθμους να μην βασίζονται πλέον αποκλειστικά στην κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU), αλλά να εκμεταλλεύονται τον τεράστιο παραλληλισμό και την υπολογιστική ισχύ που προσφέρουν οι σύγχρονες GPU και, πιο πρόσφατα, οι NPU που ενσωματώνονται σε πολλά τρέχοντα συστήματα. Αυτό καθιστά εργασίες όπως η επεξεργασία εικόνας, η βελτίωση γραφικών, η προγνωστική επιτάχυνση μοντέλου και ο προηγμένος αυτοματισμός εργασιών σημαντικά ταχύτερες, πιο αποτελεσματικές και πιο προσβάσιμες σε περισσότερους χρήστες και προγραμματιστές.

Πώς λειτουργεί το DirectML στο περιβάλλον των Windows;

Το DirectML λειτουργεί ως γέφυρα μεταξύ πλαισίων μηχανικής μάθησης (όπως το TensorFlow ή το PyTorch) και υλικού συμβατού με DirectX 12.. Η εφαρμογή του είναι βαθιά ενσωματωμένη στα Windows 10 από την έκδοση 1903 (build 10.0.18362) και σε Windows 11, διευκολύνοντας οποιαδήποτε συμβατή εφαρμογή να επωφεληθεί από αυτήν την επιτάχυνση υλικού.

Το μεγάλο πλεονέκτημα του DirectML είναι ότι προσφέρει ένα συνεπές και απλό API για προγραμματιστές, οι οποίοι μπορούν να δημιουργήσουν και να αναπτύξουν μοντέλα συμπερασμάτων AI σε μια μεγάλη ποικιλία συσκευών και αρχιτεκτονικών.. Δεν έχει σημασία αν μιλάμε για GPU της AMD, Intel, NVIDIA, Qualcomm ή συγκεκριμένες μονάδες NPU: Ο στόχος του DirectML είναι η ενοποίηση των κλήσεων και η επίτευξη της υψηλότερης δυνατής απόδοσης. Χρησιμοποιώντας το DirectX 12 ως βάση, μπορείτε να αξιοποιήσετε στο έπακρο το υλικό γραφικών σας, με πολύ χαμηλή καθυστέρηση και ασυναγώνιστη απόδοση για εργασίες όπως η υπερδειγματοληψία εικόνας, η αναγνώριση μοτίβων ή η αυτόματη ταξινόμηση στοιχείων πολυμέσων.

Στην πράξη, το DirectML έχει γίνει το πρότυπο για την επιτάχυνση των πλαισίων τεχνητής νοημοσύνης (AI frameworks) στα Windows.. Η Microsoft το προωθεί ως κανάλι ενσωμάτωσης, ειδικά για χρήση με το ONNX Runtime (ένα περιβάλλον εκτέλεσης για τυπικά μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης), το TensorFlow και το PyTorch, επιτρέποντας σε εφαρμογές και παιχνίδια να επιτύχουν ζωτικές βελτιώσεις στην ταχύτητα και την ισχύ επεξεργασίας χωρίς να βασίζονται σε συγκεκριμένο υλικό από μία μόνο μάρκα.

Χρήση του DirectML στην πραγματική ζωή: τρέχουσες εφαρμογές και παραδείγματα

Η DirectML, αντί να είναι μια θεωρητική τεχνολογία, χρησιμοποιείται ήδη σε πολυάριθμες δημιουργικές και επαγγελματικές λύσεις, ειδικά στους νέους υπολογιστές με Windows Copilot+.. Αυτοί οι τύποι συσκευών, εξοπλισμένες με προηγμένες αρχιτεκτονικές με μονάδες NPU και GPU επόμενης γενιάς, είναι σε θέση να αξιοποιήσουν πλήρως τις δυνατότητες του DirectML για να εκτελούν έξυπνες εργασίες τοπικά και εξαιρετικά αποτελεσματικά.

Μεταξύ των εφαρμογών που έχουν ήδη ενσωματώσει το DirectML είναι μερικές κορυφαίες στο δημιουργικό και παραγωγικό λογισμικό:

• Adobe Premiere ProΧρησιμοποιεί το DirectML για αυτόματη προσθήκη ετικετών σε ηχητικά αποσπάσματα, ταξινομώντας άμεσα κάθε αρχείο με βάση τη φύση του (μουσική, διάλογοι, εφέ, ατμόσφαιρα), γεγονός που επιταχύνει σημαντικά την επεξεργασία.
• Λήψη ενόςέχει ενσωματώσει δύο λειτουργίες ενισχυμένες με τεχνητή νοημοσύνη στο DirectML, όπως το Match Look και το AI Crop, διευκολύνοντας τους φωτογράφους και τους δημιουργικούς επαγγελματίες να εργάζονται χωρίς να χάνουν την ακρίβεια.
• Φωτογραφία συγγένειας 2Αξιοποιεί το DirectML και την Qualcomm Hexagon NPU για αυτόματη επιλογή αντικειμένων και θεμάτων στη φωτογραφία, εξαλείφοντας την ανάγκη για χειροκίνητη μάσκησή τους και κάνοντας την επεξεργασία πολύ πιο αποτελεσματική.

Στον τομέα των παιχνιδιών, το DirectML έχει διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στην έρευνα και ανάπτυξη τεχνικών όπως η έξυπνη υπερδειγματοληψία και η βελτίωση της απόδοσης των γραφικών χωρίς να θυσιάζεται η ποιότητα. Για παράδειγμα, όταν η Microsoft παρουσίασε το Xbox Στη σειρά X|S, το DirectML αναγνωρίστηκε από τους προγραμματιστές ως ένα από τα μεγαλύτερα δυνατά σημεία της κονσόλας, επιτρέποντας ριζικές βελτιώσεις στην απόδοση μέσω τεχνικών όπως η «υπερανάλυση ML», η μεταφορά καλλιτεχνικού στυλ και η ανάπτυξη αναδυόμενων εμπειριών παιχνιδιού.

Η σχέση της DirectML με την Ray Tracing, την DLSS και τον ανταγωνισμό

Μία από τις πιο συχνές ερωτήσεις είναι εάν το DirectML ανταγωνίζεται άμεσα τεχνολογίες όπως το DLSS της NVIDIA ή εάν αποτελεί εναλλακτική λύση στο Ray Tracing.. Η σύντομη απάντηση είναι ότι το DirectML και το DLSS, ενώ μοιράζονται ορισμένους κοινούς στόχους (βελτίωση της ποιότητας και της απόδοσης στα βιντεοπαιχνίδια μέσω της τεχνητής νοημοσύνης), δεν είναι ακριβώς τα ίδια.

Το DLSS (Deep Learning Super Sampling) είναι μια ιδιόκτητη τεχνολογία της NVIDIA. η οποία χρησιμοποιεί βαθιά μάθηση για τη δημιουργία εικόνων υψηλότερης ανάλυσης από λιγότερα pixel που έχουν αποδοθεί από GPU, βελτιώνοντας τα FPS και την οπτική ποιότητα. Αν και είναι διαθέσιμο μόνο για κάρτες RTX, η ιδέα πίσω από το DLSS βασίζεται σε τεχνικές ML που η Microsoft επιδιώκει επίσης να εκδημοκρατικοποιήσει μέσω του DirectML.

Το DirectML, από την άλλη πλευρά, είναι ένα ανοιχτό API ενσωματωμένο στα Windows για οποιοδήποτε υλικό συμβατό με το DirectX 12.. Παρέχει στους προγραμματιστές πρόσβαση σε μια σειρά από δυνατότητες επιτάχυνσης τεχνητής νοημοσύνης, από έξυπνη αναβάθμιση εικόνας (Super Resolution) έως βελτιστοποίηση μηχανών παιχνιδιών, δημιουργία υφών, αναγνώριση ομιλίας και αυτόματη βελτίωση φωτογραφιών. Ως αποτέλεσμα, οι AMD, Intel και NVIDIA μπορούν να χρησιμοποιήσουν το DirectML, ανοίγοντας την πόρτα σε εναλλακτικές λύσεις αντί του DLSS σε πλατφόρμες όπως οι GPU της AMD με Radeon ML και παρόμοιες τεχνολογίες.

Η ανίχνευση ακτίνων και η τεχνητή νοημοσύνη πάνε επίσης χέρι-χέρι χάρη στο DirectML.. Με την άφιξη του DirectX 12 Ultimate, τεχνολογίες όπως το DXR (DirectX Ray Tracing) και το DirectML συνεργάζονται για να δώσουν στους προγραμματιστές πρόσβαση τόσο σε ρεαλιστική προσομοίωση ακτίνων φωτός όσο και σε γραφική ευφυΐα, δημιουργώντας πιο ρεαλιστικές, ταχύτερες και πιο αποτελεσματικές εικόνες.

Για παράδειγμα, η AMD έχει εργαστεί σε λύσεις όπως DirectML Υπερανάλυση, επιτρέποντας την έξυπνη αναβάθμιση (αναβάθμιση μιας εικόνας 540p σε καθαρή ανάλυση 4K μειώνοντας παράλληλα την αλλοίωση εικόνας) στις κάρτες RX 6000 και Xbox, ακολουθώντας μια ανοιχτή, cross-platform φιλοσοφία που ανταγωνίζεται το DLSS αλλά δεν περιορίζεται σε έναν μόνο κατασκευαστή.

Ενσωμάτωση DirectML σε υλικό: NPU, GPU και η επόμενη γενιά υπολογιστών

Η πιο σημαντική πρόοδος τα τελευταία χρόνια είναι η ενσωμάτωση του DirectML όχι μόνο στις GPU αλλά και στις NPU (μονάδες νευρωνικής επεξεργασίας).. Μέχρι τώρα, το DirectML χρησιμοποιούνταν κυρίως για την αξιοποίηση της ισχύος των καρτών γραφικών, τόσο από την AMD όσο και από την NVIDIA και την Intel. Ωστόσο, με την άφιξη των επεξεργαστών Intel Core Ultra (Meteor Lake) και την AI Boost “NPU”, μαζί με τη συμμαχία της Samsung, η DirectML έχει επεκταθεί για να αξιοποιήσει πλήρως τα τσιπ που είναι αποκλειστικά αφιερωμένα σε εργασίες AI εντός του υπολογιστή.

Αυτή είναι μια επανάσταση σε σύγκριση με την προηγούμενη αποκλειστική εξάρτηση από την GPU.. Τώρα, εργασίες όπως η εξαγωγή συμπερασμάτων για γλωσσικά μοντέλα, η ανάλυση σε πραγματικό χρόνο και η ταξινόμηση πολυμέσων μπορούν να ανατεθούν σε αυτές τις μονάδες NPU, απελευθερώνοντας ακόμη περισσότερους πόρους και βελτιώνοντας την κατανάλωση ενέργειας. Η υποστήριξη αρχικά έφτασε στο φορητούς υπολογιστές από την Intel και τη Samsung με Windows 11, που απαιτεί συνδυασμό απαιτήσεων λογισμικού (DirectML 1.31.1, NuGet, ONNX Runtime 1.17 και οδηγοί (ενημερωμένη έκδοση της Intel) για να λειτουργήσει σωστά.

Ενώ η υποστήριξη για την τεχνητή νοημοσύνη Ryzen της AMD είναι περιορισμένη προς το παρόν, είναι σαφές ότι η βιομηχανία κινείται προς την αύξηση της ενσωμάτωσης DirectML σε όλους τους τύπους υλικού. Το όραμα της Microsoft είναι να διασφαλίσει ότι κανένας προγραμματιστής ή χρήστης δεν θα μείνει εκτός της επανάστασης της τεχνητής νοημοσύνης και, βραχυπρόθεσμα, οι νέοι επεξεργαστές Ryzen 8040 αναμένεται να περιλαμβάνουν προηγμένη υποστήριξη για το DirectML και τις δυνατότητες επιτάχυνσης NPU.

Σύγκριση απόδοσης και βελτιστοποίησης GPU: Πότε αξίζει να αξιοποιηθεί το DirectML;

Ένα από τα πιο πολυσυζητημένα θέματα σχετικά με το DirectML είναι η απόδοση του σε πραγματικές συνθήκες σε σύγκριση με άλλες εγγενείς λύσεις GPU.. Σύμφωνα με δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν σε διαφορετικά συστήματα, για παράδειγμα χρησιμοποιώντας TensorFlow και DirectML στο υποσύστημα των Windows για Linux (WSL), έχει παρατηρηθεί ότι El tiempo Ο χρόνος εκτέλεσης ενδέχεται να διαφέρει σημαντικά ανάλογα με την GPU και τα προγράμματα οδήγησης που χρησιμοποιούνται.

Για παράδειγμα, σε ένα σύστημα με επεξεργαστή Ryzen 3600 και κάρτα γραφικών AMD RX 6600 XT, η δοκιμή διήρκεσε περίπου 139 δευτερόλεπτα, ενώ σε μια Nvidia RTX 3060 με εγγενή προγράμματα οδήγησης ο χρόνος ήταν 97 δευτερόλεπτα. Αυτό καταδεικνύει ότι ενώ το DirectML είναι ένα ισχυρό και ευέλικτο εργαλείο, ενδέχεται να υπάρχουν περιπτώσεις όπου η ακατέργαστη απόδοση ενός εγγενούς προγράμματος οδήγησης (ειδικά σε κάρτες NVIDIA) είναι ανώτερη. Ωστόσο, το χάσμα τείνει να μειώνεται με κάθε ενημέρωση και επέκταση υποστήριξης του DirectML, ειδικά σε υλικό AMD ή σε σενάρια όπου η συμβατότητα μεταξύ πλατφορμών και η πρόσβαση σε έξυπνες λειτουργίες από τυπικά πλαίσια τεχνητής νοημοσύνης αποτελούν προτεραιότητα.

Δεν είναι πάντα καλή ιδέα να χρησιμοποιείτε το DirectML, ειδικά σε αυτές τις περιπτώσεις:

• Αν έχετε μια πολύ ισχυρή GPU αλλά δεν υποστηρίζετε DirectML, το εγγενές πρόγραμμα οδήγησης μπορεί να προσφέρει καλύτερη απόδοση.
• Για εξαιρετικά σύνθετες και συγκεκριμένες εργασίες μηχανικής μάθησης, ενδέχεται να χρειαστείτε πιο εξειδικευμένες λύσεις ή βιβλιοθήκες βελτιστοποιημένες απευθείας για το υλικό σας.
• Εάν η ανάπτυξή σας δεν απαιτεί Τεχνητή Νοημοσύνη ή Μηχανική Μάθηση (ML), το DirectML δεν προσφέρει προστιθέμενη αξία και μπορείτε να επιλέξετε άλλα εργαλεία προσαρμοσμένα στη ροή εργασίας σας.

Τρέχοντα πλεονεκτήματα και περιορισμοί του DirectML

Μεταξύ των κύριων πλεονεκτημάτων του DirectML είναι η πλήρης ενσωμάτωσή του στα Windows, η συμβατότητα με ένα ευρύ φάσμα υλικού και η ικανότητά του να καθιστά την Τεχνητή Νοημοσύνη προσβάσιμη και αποτελεσματική για οποιονδήποτε χρήστη ή προγραμματιστή.. Σας επιτρέπει να επιταχύνετε τόσο εφαρμογές που επικεντρώνονται στην παραγωγικότητα όσο και όλους τους τύπους βιντεοπαιχνιδιών, χωρίς να απαιτείται εκτεταμένη γνώση του περιβάλλοντος υλικού, εφόσον το σύστημα πληροί τις ελάχιστες απαιτήσεις του DirectX 12 και επαρκή υποστήριξη.

Επιπλέον, το DirectML είναι το κανάλι μέσω του οποίου οι προγραμματιστές μπορούν να προβλέψουν το μέλλον της τοπικής Τεχνητής Νοημοσύνης, αποφεύγοντας την αποκλειστική εξάρτηση από το cloud ή τις ιδιόκτητες λύσεις.. Χάρη στην ενσωμάτωσή του με τεχνολογίες όπως το ONNX Runtime, το TensorFlow, το PyTorch και άλλες δημοφιλείς βιβλιοθήκες τεχνητής νοημοσύνης, το εύρος των δυνατοτήτων είναι τόσο ευρύ όσο η φαντασία των μηχανικών και των δημιουργικών επαγγελματιών.

Ωστόσο, εξακολουθούν να υπάρχουν ορισμένα μειονεκτήματα ή εμπόδια εισόδου.:

• Η απόδοση σε ορισμένες περιπτώσεις εξακολουθεί να υστερεί σε σχέση με τους εγγενείς οδηγούς που έχουν βελτιστοποιηθεί για μια συγκεκριμένη μάρκα GPU, αν και το χάσμα μειώνεται κάθε χρόνο.
• Η ενσωμάτωση της NPU βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο, πράγμα που σημαίνει ότι μόνο ορισμένα μοντέλα υλικού, εκδόσεις και προγράμματα οδήγησης μπορούν να αξιοποιήσουν πλήρως αυτές τις δυνατότητες.
• Ενδέχεται να υπάρχουν περιορισμοί συμβατότητας για εξαιρετικά πολύπλοκα ή εξειδικευμένα μοντέλα βαθιάς μάθησης, οπότε μπορεί να είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν εναλλακτικές βιβλιοθήκες.

Απαιτήσεις, εγκατάσταση και εκκίνηση του DirectML

Για να επωφεληθείτε από το DirectML σε Windows, πρέπει πρώτα να έχετε ένα σύστημα συμβατό με DirectX 12 και την κατάλληλη έκδοση του λειτουργικού συστήματος (Windows 10 από την έκδοση 1903 ή Windows 11). Από εκεί και πέρα, η εγκατάσταση και η χρήση συνήθως συνδέονται με το λογισμικό που χρησιμοποιείτε (π.χ., TensorFlow ή PyTorch) και το αντίστοιχο πρόγραμμα οδήγησης GPU ή NPU.

Σε προηγμένα σενάρια, όπως η χρήση του Υποσυστήματος των Windows για Linux (WSL) και η επιτάχυνση ML σε περιβάλλοντα Linux στα Windows, τα βήματα είναι συνήθως τα εξής:

1. Ενεργοποιήστε το υποσύστημα WSL και την πλατφόρμα εικονικής μηχανής από τις δυνατότητες των Windows.
2. Εγκαταστήστε μια διανομή Linux (όπως το Ubuntu) από το Microsoft Store.
3. Ρυθμίστε ένα περιβάλλον ανάπτυξης όπως το MiniConda για τη διαχείριση περιβαλλόντων Python.
4. Εγκαταστήστε την κατάλληλη έκδοση του TensorFlow ή του PyTorch και ενσωματώστε την υποστήριξη DirectML σύμφωνα με την επίσημη τεκμηρίωση.

Για την επιτάχυνση της NPU, είναι σημαντικό να έχετε την πιο πρόσφατη έκδοση του DirectML, του ONNX Runtime και τα πιο ενημερωμένα προγράμματα οδήγησης για την αντίστοιχη NPU (π.χ., Intel AI Boost στο Meteor Lake).. Δεν υποστηρίζονται όλα τα μοντέλα ή οι εργασίες σε πρώιμες εκδόσεις, επομένως είναι σημαντικό να συμβουλευτείτε τις σημειώσεις και τις λίστες υποστηριζόμενων μοντέλων κάθε προμηθευτή υλικού.

Το μέλλον του DirectML: Η Τεχνητή Νοημοσύνη στην καρδιά του οικοσυστήματος των Windows

Η Microsoft συνεχίζει να επενδύει σημαντικά στο DirectML ως κινητήρια δύναμη της καινοτομίας στην Τεχνητή Νοημοσύνη για τα Windows.. Η ανάπτυξη του Windows Copilot+, η ενσωμάτωση με νέα τσιπ από την Intel, την Qualcomm και την AMD, και το άνοιγμα της πλατφόρμας σε όλους τους τύπους προγραμματιστών προβλέπουν μια ασταμάτητη επέκταση του DirectML τα επόμενα χρόνια.

Η ομάδα DirectML εργάζεται για να προσθέσει περισσότερες λειτουργίες και να διευκολύνει κάθε δημιουργό να αξιοποιήσει την Τεχνητή Νοημοσύνη στις εφαρμογές του., επιταχύνοντας τις μελλοντικές καινοτομίες και εκδημοκρατικοποιώντας τη δύναμη της τεχνητής νοημοσύνης σε υπολογιστές, διαδίκτυο και κινητός. Η τάση είναι σαφής: περισσότερη απόδοση, λιγότερα τεχνικά εμπόδια και μια ολοένα και πιο ευέλικτη και εξατομικευμένη εμπειρία για τους χρήστες των Windows.

Σχετικό άρθρο:

Gaming και AI: Πώς θα είναι η επανάσταση των PC το 2025

Ισαάκ

Παθιασμένος συγγραφέας για τον κόσμο των byte και της τεχνολογίας γενικότερα. Μου αρέσει να μοιράζομαι τις γνώσεις μου μέσω της γραφής, και αυτό θα κάνω σε αυτό το blog, θα σας δείξω όλα τα πιο ενδιαφέροντα πράγματα σχετικά με τα gadget, το λογισμικό, το υλικό, τις τεχνολογικές τάσεις και πολλά άλλα. Στόχος μου είναι να σας βοηθήσω να περιηγηθείτε στον ψηφιακό κόσμο με απλό και διασκεδαστικό τρόπο.