Direct Storage 是什麼？深度解析其運作機制、優勢與對遊戲世界的變革

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你是不是也曾被遊戲冗長的載入畫面搞到厭煩，忍不住滑起手機，等到遊戲真正開始時，那股興奮感都快被磨光了？又或者，在廣闊的開放世界中快速移動時，偶爾會感覺到畫面有點卡頓，彷彿資料跟不上你的腳步？哎呀，這些惱人的體驗，在我們這個數位時代中，簡直是家常便飯。但別擔心，科技的進步從來不曾停歇，而今天我們要深入探討的「Direct Storage」，就是為了徹底解決這些問題而誕生的新技術！

那麼，Direct Storage 究竟是什麼呢？ 簡而言之，Direct Storage 是一種由微軟開發的 API（應用程式介面）技術，它旨在大幅提升電腦遊戲和其他應用程式從儲存裝置（特別是 NVMe 固態硬碟）載入資料的速度與效率。它透過允許資料直接從 SSD 傳輸到顯示卡（GPU）的記憶體，並讓 GPU 負責資料解壓縮，從而繞過傳統上由中央處理器（CPU）處理的瓶頸，顯著縮短載入時間，並實現更流暢的串流資料處理，為玩家帶來前所未有的遊戲體驗。這可不是什麼簡單的魔法，背後可是有一整套精密的技術革新呢！

Direct Storage 背後的「痛點」：傳統 I/O 的桎梏

在我們真正理解 Direct Storage 的厲害之處前，讓我們先回顧一下過去。傳統上，當你玩遊戲時，遊戲資料（例如材質、模型、音效）是這樣被載入的：

  1. 從儲存裝置讀取： 首先，資料會從你的硬碟（無論是傳統 HDD 還是 SATA SSD）讀取出來。
  2. CPU 處理： 這些讀取出來的壓縮資料會先被傳送到系統記憶體（RAM），然後由 CPU 進行解壓縮。
  3. CPU 傳輸到 GPU： 解壓縮完成後，CPU 再將這些已準備好的資料傳輸到顯示卡的記憶體（VRAM），讓 GPU 進行渲染。

聽起來似乎沒什麼問題，對吧？但在現代遊戲，尤其是在那些擁有超高解析度材質、複雜物理效果和廣闊開放世界的遊戲中，這個流程的瓶頸就顯露無遺了。

  • CPU 負擔過重： 資料解壓縮是一個非常耗費 CPU 資源的任務。當遊戲需要載入大量資料時，CPU 必須不停地處理解壓縮工作，這不僅佔用了它處理其他遊戲邏輯的時間，也限制了資料的傳輸速度。想像一下，CPU 就像一個忙碌的總管，不僅要處理公文（遊戲邏輯），還要親自拆解每個包裹（資料解壓縮），然後再分發出去。
  • I/O 效率低下： 即使你有了飛快的 NVMe SSD，其潛力也因為 CPU 的解壓縮瓶頸而無法完全發揮。資料從 SSD 到 RAM 再到 CPU，然後再到 GPU，這中間經過了多個環節，增加了延遲。就好像有一條超高速公路（NVMe SSD），但收費站（CPU解壓縮）卻只有一條小小的車道，造成了大塞車。
  • 傳統 API 的限制： 舊有的 I/O API 設計，並沒有針對現代高速儲存裝置和強大 GPU 的特性進行優化。它們的設計理念，更多是基於傳統機械硬碟的慢速特性，並假設 CPU 總是有能力處理一切。

這些問題的總和，就導致了我們深惡痛絕的冗長載入畫面、偶發的卡頓以及遊戲世界細節載入不及時的現象。遊戲開發者們也為此傷透腦筋，必須設計各種巧妙的「假載入」來掩蓋真實的載入時間。

Direct Storage 如何「打破僵局」：核心運作機制深度解析

Direct Storage 的出現，就是為了直接切入這些核心問題，提供一個劃時代的解決方案。它的精髓在於重新規劃了資料載入的「路線圖」，將原本由 CPU 承擔的重任，巧妙地轉移給了更擅長並行處理的 GPU。

1. NVMe SSD：高速公路的基礎

首先，要發揮 Direct Storage 的全部威力，你必須擁有一顆 NVMe 固態硬碟。這不是巧合，而是關鍵。NVMe 協定是專為閃存記憶體設計的，它透過 PCIe 通道與 CPU 直接通訊，擁有比傳統 SATA 快上數倍、甚至數十倍的頻寬和極低的延遲。想像一下，這條高速公路的車道數和最高速限都被大幅提升了！Direct Storage 就是要讓這條高速公路的潛力完全釋放出來，讓資料能以最快的速度衝出儲存裝置。

2. 核心魔法：GPU 解壓縮

這是 Direct Storage 最革命性的部分。傳統上，解壓縮是 CPU 的活兒。但現代 GPU 擁有數千個小型處理核心，這些核心天生就擅長執行大量並行且重複的計算任務。資料解壓縮，尤其是紋理解壓縮，就是一種非常適合 GPU 處理的任務。

我的看法是，將解壓縮任務從 CPU 轉移到 GPU，不僅釋放了 CPU 的資源，讓它可以專注於遊戲邏輯和物理運算，更重要的是，它利用了 GPU 獨特的架構優勢，將解壓縮效率提升到一個全新的境界。這就像是把一個巨型數學難題，從一個獨自奮戰的數學家（CPU），交給了一個擁有數千名計算員的超級團隊（GPU），效率自然不可同日而語。

這意味著：

  • 更高的吞吐量： GPU 可以同時解壓縮多個資料流，極大地提高了單位時間內的解壓縮量。
  • 更低的延遲： 資料一旦從 SSD 讀取，就可以直接傳輸到 GPU 記憶體，然後在 GPU 內部完成解壓縮，省去了傳輸到 CPU、CPU 解壓縮再傳回 GPU 的多餘步驟。
  • CPU 負荷顯著降低： CPU 可以將更多處理能力投入到遊戲的其他方面，比如更複雜的 AI、更逼真的物理效果、更精細的動畫，或是維持更高的幀率。

3. 非同步 I/O 與零複製傳輸

Direct Storage 還結合了非同步 I/O（Asynchronous I/O）和零複製傳輸（Zero-Copy）等先進技術。

  • 非同步 I/O： 允許遊戲在發出資料載入請求後，不必等待資料完全載入完成就能繼續執行其他任務。這就好比你點了一份外賣，不用在廚房門口傻等，可以先去客廳看電視，外賣好了自然會送過來。這大大提升了程式的響應性和整體流暢度。
  • 零複製傳輸： 這是一個非常重要的優化。它意味著資料可以直接從 SSD 傳輸到 GPU 的記憶體，而不需要經過系統記憶體（RAM）作為中間緩衝，更不需要 CPU 的介入。這種直接的路徑，極大地減少了資料複製的次數和 CPU 的干預，從而降低了延遲並提高了傳輸效率。試想一下，原本要經過「儲存裝置 -> RAM -> CPU -> RAM -> GPU」的漫長旅程，現在變成了「儲存裝置 -> GPU」的直達快車！

Direct Storage 的運作步驟 (簡化流程)

當一款支援 Direct Storage 的遊戲需要載入資料時，它的流程大致是這樣的：

  1. 遊戲發出請求： 遊戲引擎向 Direct Storage API 發出載入特定資源（如新的地圖區塊、高解析度材質）的請求。
  2. Direct Storage 接管： Direct Storage API 將這些請求打包成高效的 I/O 批次，利用 NVMe 協定的高吞吐量優勢。
  3. 資料直達 GPU 記憶體： 壓縮後的資料直接從 NVMe SSD 快速傳輸到顯示卡的 VRAM 中，跳過 CPU 和系統記憶體。
  4. GPU 解壓縮： GPU 內部利用其強大的並行處理能力，高效地將這些壓縮資料解開。
  5. 渲染使用： 解壓縮完成的資料立即可以被 GPU 用於遊戲畫面渲染。整個過程在後台高效執行，幾乎不影響遊戲的即時運行。

啟用 Direct Storage 的關鍵要求

要體驗 Direct Storage 帶來的好處，你的硬體和軟體環境需要滿足一些條件：

  • 作業系統： 必須是 Windows 10（版本 1909 或更高）或 Windows 11。Windows 11 對 Direct Storage 有更深層次的優化，建議使用 Windows 11 以獲得最佳體驗。
  • 儲存裝置： 必須配備 NVMe 固態硬碟（SSD）。SATA 介面的 SSD 或傳統機械硬碟（HDD）雖然也能使用 Direct Storage API 的部分功能（如優化 I/O 批處理），但無法享受到其核心的 GPU 解壓縮和零複製傳輸帶來的全部性能飛躍。
  • 顯示卡（GPU）： 必須支援 DirectX 12 Ultimate 及其相關功能，如 Shader Model 6.0+。這包括 NVIDIA GeForce RTX 系列（20系、30系、40系）、AMD Radeon RX 6000 系列及更新型號，以及 Intel Arc 系列顯示卡。同時，顯示卡驅動程式也必須是最新版本。
  • 遊戲本身： 遊戲必須經過開發者設計並支援 Direct Storage API。這不是一個「自動啟用」的功能，遊戲引擎需要明確呼叫 Direct Storage 的介面來載入資料。目前越來越多的新遊戲開始支援這項技術。

看到這裡，你或許會覺得有點門檻，但想想它能帶來的巨大改進，這些投資絕對是值得的。而且，隨著新硬體的普及，這些要求也會變得越來越普遍。

Direct Storage 帶來了哪些顯著優勢？

這項技術不只解決了載入緩慢的問題，它更深遠地影響了遊戲的設計與開發潛力。

1. 極致的載入速度

這是最直觀的優勢。遊戲載入時間從數十秒甚至一兩分鐘，縮短到眨眼之間，幾秒鐘甚至更短。這極大地提升了玩家的遊戲體驗，減少了等待的焦慮感。微軟官方的演示中，甚至展示了載入時間幾乎可以忽略不計的驚人效果。想像一下，你不再需要假裝看載入畫面中的小提示，而是可以直接投入遊戲世界！

2. 更豐富、無縫的開放世界

對於開放世界遊戲來說，Direct Storage 簡直是天賜之物。過去，為了避免載入卡頓，開發者常常需要在世界各地設置狹窄的通道、電梯或緩慢的移動機制來「掩蓋」資料載入的過程。有了 Direct Storage，遊戲可以更快地載入數百 GB 的高解析度紋理和模型資料，這意味著：

  • 更精細的細節： 開發者可以在遊戲世界中放置更多的細節和更高的材質解析度，因為他們知道資料能被快速載入。
  • 無縫的探索： 玩家可以在廣闊的地圖中高速移動，而無需擔心「材質載入不及時」或「卡頓」的問題。世界彷彿渾然一體，沉浸感大幅提升。
  • 即時的動態內容： 遊戲可以即時載入和卸載資源，支持更複雜、更動態的環境變化，例如大規模破壞、天氣系統的即時變化，而不會對性能造成嚴重影響。

3. 降低 CPU 負荷，提升整體效能

將解壓縮任務交給 GPU 處理，是 Direct Storage 最聰明的設計。這不僅加速了載入，更重要的是，它釋放了寶貴的 CPU 資源。

  • 更高幀率： CPU 不再被繁重的 I/O 和解壓縮任務拖累，可以將更多精力放在處理遊戲的邏輯、AI、物理運算上，這有助於遊戲維持更高的平均幀率和更穩定的幀率表現。
  • 更複雜的遊戲世界： 開發者可以在 AI、物理模擬等方面投入更多的計算資源，創造出更智能的敵人、更真實的環境互動，而無需擔心 CPU 成為瓶頸。

4. 優化遊戲開發流程

對遊戲開發者而言，Direct Storage 提供了一個更高效、更現代的資料處理框架。

  • 簡化資源管理： 開發者可以更直接地管理遊戲資源的載入，無需再為了繞過傳統 I/O 瓶頸而設計複雜的緩存或流媒體方案。
  • 創新遊戲設計： 載入速度的提升，讓開發者可以更大膽地創新遊戲設計，例如創建真正無縫的開放世界、即時生成內容，或是引入更具沉浸感的體驗。

我的觀察與評論：Direct Storage 的深遠影響

在我看來，Direct Storage 並不僅僅是一項單純的「加速」技術，它代表了資料處理流程的一次範式轉移。它將資料載入的責任從 CPU 為中心的傳統模式，轉變為一種更符合現代硬體架構的「GPU 優先」模式。這就好像我們以前用人手搬磚，現在發現起重機（GPU）不僅力氣更大，還更擅長處理這種重複性高的工作。

我認為，這項技術對於未來的遊戲開發具有里程碑式的意義。它讓遊戲突破了過去因硬體限制而產生的設計桎梏。那些曾經因為載入時間過長而不得不割裂的遊戲世界，現在有了機會真正融為一體；那些因為 CPU 負擔而無法實現的複雜 AI 和物理模擬，現在也擁有了實現的可能性。這將極大地豐富遊戲內容，提升玩家的沉浸感。

當然，任何新技術的普及都需要時間。遊戲開發者需要時間來學習和適應 Direct Storage API，並將其整合到他們的遊戲引擎中。硬體方面，NVMe SSD 的普及率雖然已經很高，但仍有部分玩家使用傳統儲存裝置。然而，隨著時間的推移，以及更多重量級遊戲的支援，Direct Storage 勢必會成為未來高效能遊戲的標準配備。我個人非常期待看到更多遊戲能夠充分利用這項技術，為我們帶來前所未有的遊戲體驗。

Direct Storage 相關的常見問題與專業解答

Direct Storage 只適用於遊戲嗎？

不，雖然 Direct Storage 最初是針對提升遊戲效能而設計的，但其底層技術原理（如高效的資料載入、GPU 解壓縮和低 CPU 佔用率）實際上可以應用於任何需要快速載入大量壓縮資料的應用程式。舉例來說，專業的內容創作軟體（如影片編輯、3D 建模、影像處理）、大型資料庫應用程式，甚至是作業系統本身，理論上都可以從 Direct Storage 中獲益。只要這些應用程式的開發者願意整合 Direct Storage API，就能在載入項目、處理大型檔案時體驗到顯著的速度提升。目前微軟的重心確實是放在遊戲領域，但未來其應用範圍很可能會擴展。

我需要升級硬體才能使用 Direct Storage 嗎？

是的，若要完整體驗 Direct Storage 的所有優勢，特別是其核心的 GPU 解壓縮和零複製傳輸功能，你確實需要特定的硬體配置。最關鍵的要求是擁有一個 NVMe 固態硬碟（SSD）和一張支援 DirectX 12 Ultimate 的顯示卡。如果你的電腦仍在使用傳統機械硬碟或 SATA 介面的 SSD，或是你的顯示卡較舊，不支援 DirectX 12 Ultimate，那麼你將無法享受到 Direct Storage 帶來的全部性能提升。即使如此，Direct Storage API 的部分優化（例如更高效的 I/O 批處理）在某些情況下仍能提供一定程度的改善，但與 NVMe + DX12U GPU 的組合相比，效果會大打折扣。因此，若想真正感受這項技術的威力，硬體升級是必要的投資。

Direct Storage 對於遊戲開發者有什麼影響？

Direct Storage 對於遊戲開發者而言，可謂是一項巨大的解放。首先，它大幅簡化了資源載入的複雜性。開發者過去常常需要設計各種巧妙的緩存機制、預載入策略或是利用巧妙的關卡設計來掩蓋資料載入時間，以避免玩家感到卡頓。有了 Direct Storage，這些工作可以被大幅簡化，甚至完全消除，因為資料可以極其迅速地從儲存裝置傳輸到 GPU。

其次，Direct Storage 賦予了開發者更大的創作自由。他們現在可以設計擁有更高解析度材質、更複雜幾何模型、更廣闊且無縫的開放世界，而無需過度擔憂效能瓶頸。遊戲世界可以變得更加真實、細節更加豐富，且玩家在其中移動時不再受到頻繁載入的干擾。這也意味著遊戲的沉浸感將大幅提升，開發者可以將更多精力放在遊戲玩法、劇情和美術表現上，而不是被底層技術限制所束縛。總的來說，Direct Storage 不僅提升了遊戲效能，更為未來的遊戲設計打開了全新的大門。

Direct Storage 與傳統的 I/O 處理方式有何不同？

Direct Storage 與傳統 I/O 處理方式最根本的區別在於其資料傳輸路徑和解壓縮責任的分配。傳統方式下，資料從儲存裝置讀取後，必須先進入系統記憶體，然後由中央處理器（CPU）負責解壓縮，最後再由 CPU 將解壓縮後的資料傳輸到顯示卡（GPU）的記憶體供渲染使用。這個流程中，CPU 不僅要處理解壓縮，還要充當資料傳輸的「中轉站」，這在處理大量高頻寬資料時很容易成為瓶頸。

而 Direct Storage 則徹底改變了這個流程。它利用了 NVMe SSD 的高吞吐量和低延遲特性，配合專門設計的 API，允許壓縮資料直接從 NVMe SSD 傳輸到 GPU 的記憶體，繞過了 CPU 和系統記憶體的大部分介入。更關鍵的是，解壓縮的任務被直接交給了 GPU。現代 GPU 擁有的數千個並行處理核心，在處理這種高度重複且可並行的解壓縮任務上，遠比 CPU 效率更高。這種「零複製傳輸」和「GPU 解壓縮」的結合，極大地縮短了資料從儲存裝置到顯示卡的距離，顯著降低了延遲，並將 CPU 從繁重的解壓縮工作中解放出來，使其能專注於更核心的遊戲邏輯，從而帶來革命性的效能提升。

direct storage是什麼