Windows 图形显示驱动开发-WDDM 1.2功能—Windows 8 中的 DirectX 功能改进（二）

一、双精度着色器功能

1.1 WDDM 1.2双精度支持矩阵

graph LR
    A[功能级别11_0+] -->|必须支持| B(基础双精度)
    A --> C[可选支持扩展指令]
    D[WDDM 1.2驱动] -->|硬件加速| E[FMA指令集]
    F[GPU架构] -->|Kepler+/GCN1.0+| D

在 Windows 8 中，支持双精度的 Windows 显示驱动程序模型 (WDDM) 1.2 驱动程序还必须在所有着色器阶段支持高级着色器模型 5 中的其他双精度浮点指令。 说明如下：

• 双精度倒数
• 双精度除法
• 双精度融合乘加

1.2 硬件能力检测流程

// 设备创建时检测
D3D11_FEATURE_DATA_DOUBLES featureDoubles;
pDevice->CheckFeatureSupport(
    D3D11_FEATURE_DOUBLES,
    &featureDoubles,
    sizeof(featureDoubles));

// 着色器编译标志
D3DCOMPILE_ENABLE_STRICTNESS | D3DCOMPILE_IEEE_STRICTNESS

二、核心指令集实现

2.1 双精度运算指令规范

指令类型	HLSL语法	最小吞吐量要求（每时钟周期）
倒数	rcp.double	1 ops
除法	div.double	1 ops
融合乘加	fma.double	2 ops

2.2 精度控制参数

[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\GraphicsDrivers\Precision]
"DoublePrecisionMode"=dword:00000001  // 0=宽松模式 1=IEEE严格模式

三、性能优化策略

3.1 指令级并行优化

// 优化前
double a = input.x;
double b = 1.0 / a;  // 单独倒数指令

// 优化后（利用FMA）
double a = input.x;
double b = fma(a, -rcp(a), 1.0) * rcp(a);  // 牛顿迭代优化

3.2 内存访问模式

数据类型	推荐对齐方式	带宽利用率
double	64字节边界	98%
double2	128字节边界	100%
结构化缓冲区	256字节跨距	85%

四、企业级应用方案

4.1 科学计算可视化

注册表配置

[HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\Direct3D\Scientific]
"KeepDoublePrecision"=dword:00000001

4.2 金融数值模拟

// 蒙特卡洛模拟核函数
[numthreads(64,1,1)]
void CSMain(double3 input : SV_GroupThreadID)
{
    double sum = 0;
    for(int i=0; i<1000; i++){
        sum += fma(random(), input.x, input.y);  // 融合乘加加速
    }
    output[input.z] = sum;
}

五、兼容性验证

5.1 WHQL测试要求

测试项目	精度容差	性能阈值
倒数指令误差	<4ULP	10^9 ops/sec
FMA联合测试	<2ULP	15GB/s带宽
混合精度计算	结果一致	无性能回退

5.2 开发者自检清单

1. 调用CheckFeatureSupport验证D3D11_FEATURE_DOUBLES
2. 检查驱动版本≥WDDM 1.2
3. 确认功能级别≥11_0
4. 使用D3DCOMPILE_IEEE_STRICTNESS编译标志

5.3 核心资源

GPU架构	rcp.d	div.d	fma.d
Kepler	4	8	2
GCN 1.0	3	6	1
Maxwell	2	4	1

由于运行时可以将这些指令直接传递给驱动程序，因此实现可以优化其性能，或者将它们作为硬件中的专用单一指令实现。

注意 若要使用这些功能，开发人员必须确保它们在 WDDM 1.2 或更高版本驱动程序上以双精度支持 (D3D11_FEATURE_DOUBLES) FEATURE_LEVEL_11或更高版本运行。

六、绝对差异之和

图像处理是新式设备中的关键应用程序。 常见的操作是模式匹配或搜索。 视频编码操作通常搜索匹配的方块 (通常为 8x8 或 16x16) ，图像识别算法搜索由位掩码标识的更常规的形状。 为了提高这些方案的性能，Microsoft 高级着色器语言 (HLSL) 在所有着色器阶段中为着色器模型 5.0 添加了一个新的内部函数。 此内部 msad4 () 对应于并生成一组掩码的绝对差异之和， (MSAD) 着色器 IL 中的指令。 所有 WDDM 1.2 及更高版本的驱动程序都必须直接在硬件中支持此指令，或作为一组其他指令 (模拟) 。

注意 理想情况下，应实现 MSAD 指令，以便溢出导致饱和，而不是包装行为。 请注意，溢出行为未定义。

开发人员必须检查，以确保他们在 WDDM 1.2 或更高版本驱动程序上使用 FEATURE_LEVEL_11 或更高版本运行才能使用此功能。 开发人员不得依赖于溢出 (即高于 65535) 的累积值的结果准确性。