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Windows Vista ディスプレイ ドライバー モデル

  • [アーティクル]

 

Microsoft Corporation

2006 年 7 月

内容

はじめに
WDDM の全体的な利点
デスクトップ ウィンドウ マネージャー
ビデオの機能強化
デプロイ
モビリティと電源の機能
新しいグラフィックス API

概要： Windows ディスプレイ ドライバー モデル (WDDM) は、Windows Vista でサポートされる新しいディスプレイ ドライバー アーキテクチャです。 この表示アーキテクチャは、Windows XP ベースのディスプレイ アーキテクチャの見直しであり、新しいシナリオ、グラフィックス、アプリケーションをサポートしながら、パフォーマンスが向上し、信頼性の高いデスクトップ エクスペリエンスをユーザーに提供します。

WDDM は、一般的な家電デバイスに匹敵するビデオ コンテンツ再生も提供します。 これは、外部モニターに簡単に接続できるようにすることで、保護されたHDビデオ再生を提供し、全体的なビデオ再生品質を向上させることによって実現されます。 Windows で初めて、グラフィックス処理装置 (GPU) マルチタスクが可能になり、ユーザーは複数の GPU 集中型アプリケーションを同時に実行できます。

最後に、WDDM は、開発者向けの一般化された GPU プログラミング モデルを簡素化し、ハードウェア機能の一貫性を維持することで、PC ゲーム エクスペリエンスを向上させます。これにより、最新のコンソールの PC ゲーム エクスペリエンスに変換されます。

この新しいディスプレイ ドライバー モデルは、新しいデスクトップ エクスペリエンスの重要な部分であるため、WDDM をサポートする GPU は、Windows Vista の "Premium Ready" マーケティング指定の要件であり、将来の Windows Vista ロゴ プログラムに適用されます。 (7ページ印刷)

はじめに

GPU のパフォーマンス向上率は、広いマージンでムーアの法則を超えています。 専門家は、GPU が "ムーアの法則キューブ" 率で改善されていると言います。これは、ほぼ毎年グラフィックス処理能力の 2 倍に変換されます。 今日まで、この巨大なグラフィックス処理能力は、主にビデオゲーム、ビデオ編集、特殊効果アプリケーションなどのマルチメディアリッチスイート、およびコンピュータ支援設計などのハイエンド技術アプリケーションに使用されてきました。 その結果、ほぼすべての最新の PC に搭載されているにもかかわらず、GPU の電源が日常的なアクティビティで使用されることはほとんどなく、GPU は PC 設計プロセスで最優先事項になりません。

Windows Vista は、ゲームだけでなく、GPU の機能を活用します。 まず、Windows Vista は GPU に依存して、すべての顧客に全体的な日常のデスクトップ エクスペリエンスを提供します。 Windows ビデオ再生インフラストラクチャは、WDDM に依存して高解像度 (HD) ビデオ再生を提供し、最新のコンシューマー エレクトロニクス デバイスと同等のレベルでビデオ再生を行います。 さらに、新しい Windows フォト ギャラリーなど、GPU を利用するその他の主要なアプリケーションも多数あります。 この GPU の広範な使用率は、オペレーティング システムと複数のアプリケーションによって同時に WDDM によって有効になります。

このペーパーでは、WDDM の一般的な利点と具体的な利点について説明します。

  • WDDM の全体的な利点
  • デスクトップ ウィンドウ マネージャー (DWM)
  • 保護されたビデオ再生 (PVP) を含むビデオの機能強化
  • デプロイ
  • モビリティとパワー
  • 新しいグラフィックス API

WDDM の全体的な利点

  • 安定性

    Windows XP では、大規模で複雑なディスプレイ ドライバーがシステム不安定の主要な原因になる可能性があります。 これらのドライバーはカーネル モード (つまり、システム コードの深い) で完全に実行されるため、ドライバーの 1 つの問題によってシステム全体が強制的に再起動されることがよくあります。 Windows XP の期間中に収集されたクラッシュ分析データによると、ディスプレイ ドライバーは、すべての ブルー スクリーンの最大 20% を担当します。 そのため、Windows Vista の主な目標の 1 つとして、このようなクラッシュを減らし、パートナー サポート コストを削減しながら、より信頼性の高いデスクトップ エクスペリエンスを顧客に提供することが挙げられています。 グラフィックス パイプラインを 24 時間体制で効率的に実行する必要があるメインストリーム機能があるため、信頼性はさらに重要になりました。 スクリーン ウィンドウを描画する新しいデスクトップ ウィンドウ マネージャーは、このような機能の例です。 安定したデスクトップエクスペリエンスを体験する利点は、再描画エラーを発生させず、ゲーマーだけでなく、すべての顧客に確実に適用されます。

    技術レベルでは、WDDM ディスプレイ ドライバーには、2 つのコンポーネント、非常に合理化されたカーネル モード ドライバー (KMD) と、ほとんどの高度な計算を行うユーザー モード ドライバーがあります。 このモデルでは、ほとんどのコードがカーネル モードから移動されます。 つまり、カーネル モード部分は下位レベルの機能のみを担当するようになりました。ユーザー モードの部分は、アプリケーションの互換性を維持しながら、より高レベルの API コンストラクトから直接 GPU コマンドへの変換を促進するなど、より重い機能を引き受けます。 これにより、致命的なブルースクリーンの可能性が大幅に低下し、ほとんどのグラフィックスドライバ関連の問題により、最悪のアプリケーションが影響を受けます。

    WDDM は、ディスプレイ ドライバーのハングに対するフォールト トレランスも提供します。 これにより、Windows Vista はシステムのハングを検出し、システムの再起動を必要とせずにディスプレイ ドライバーをもう一度再起動できます。

    さらに、Windows Vista のディスプレイ ドライバーは、長年にわたって導入されたさまざまなデバイス ドライバー インターフェイスをサポートするためのコードを含める必要がなくなるため、大幅に簡略化されています。 したがって、Windows Vista は、すべての古いドライバーが認識され、最適に機能することを保証しながら、1 つのインターフェイスのみを実装します。

  • パフォーマンス

    GPU を必要とするアプリケーションが起動すると、現在 GPU を使用している他のアプリケーションから制御が奪われます。 これは、複数のアプリケーション間で GPU を同時に共有する機能がないために発生します。 Windows Vista では、GPU は、基本的なウィンドウ管理やビデオ レンダリングなど、多くの一般的なアクティビティに使用されます。 さらに、Windows Presentation Foundation (.NET Framework 3.0 開発プラットフォームの一部) を使用すると、開発者が GPU を簡単に使用して、ゲーム以外のアプリケーションに豊富なユーザー フレンドリ インターフェイスを提供できる新しい API があります。 これらのアプリケーションと機能はすべて GPU に依存するため、GPU マルチタスクが重要です。

    WDDM を使用すると、次の機能を実装することで、複数のアプリケーションで GPU を同時に利用できます。

    • GPU メモリ マネージャー - ビデオ メモリの割り当てをアービトします
    • GPU スケジューラ — 優先順位に従ってさまざまな GPU アプリケーションをスケジュールします

    これらのテクノロジでは、サービスを必要とする別のアプリケーションの起動時に、アプリケーションで GPU を使用する必要がなくなりました。 代わりに、GPU はより効率的な方法でスケジュールされます。

  • Security

    マルチタスクをサポートするプラットフォームでは、セキュリティが大きな懸念事項です。 セキュリティで保護された OS では、あるアプリケーションで使用されるリソースが別のアプリケーションから分離されていることを確認する必要があります。 このアプリケーションの分離は、保護された HD コンテンツ再生の要件です。

    WDDM は、GPU メモリ マネージャーとスケジューラに組み込まれているセキュリティ モデルを使用して、この必要な分離を提供します。 現在のWindows XPディスプレイドライバにはそのような機能がないため、再生できるHDコンテンツの種類が制限されています。

デスクトップ ウィンドウ マネージャー

デスクトップ ウィンドウ マネージャー (DWM) は、デスクトップ上のウィンドウの表示と更新を制御する Windows Vista のテクノロジです。 アプリケーションが画面に直接非同期的に描画される以前のバージョンの Windows で明らかな描画成果物を排除するために、DWM は、ユーザーのディスプレイに描画する前に、アプリケーション ウィンドウなどの画面上のコンテンツをバックスクリーン バッファーまたはオフスクリーン バッファーで合成します。 DWM は、本質的には、コンピューターの電源が入った時点からアクティブな Direct3D アプリケーションです。 したがって、このシナリオでは、GPU リソースと処理を共有する機能など、WDDM のコア機能が不可欠になります。 Windows Vista では、DWM に関して、品質の全体的な改善と魅力的なユーザー エクスペリエンスという 2 つの投資領域がありました。 WDDM は、以下に示すように、これらすべての進歩を実現する上で重要な役割を果たします。 DWM の上に構築されたのは、Windows Vista 署名のエンド ユーザー エクスペリエンスである Windows Aero です。

  • Quality

    Windows XP では、OS から要求されたときに、アプリケーションによって Windows が直接更新されます。 これらの要求は、モニターの更新レートまたは現在実行中の更新プログラムに関して非同期的に実行できます。 これらの要求の効果は、ユーザーがウィンドウの引き裂きを確認し、正しく、またはゆっくり描画し直すということです。 DWM スタイルのウィンドウ プレゼンテーションでは、引き裂く成果物が排除され、高品質のデスクトップ エクスペリエンスが提供されます。 エンド ユーザーの利点は、システムの応答性が高く、エクスペリエンスがよりクリーンに見えるということです。

  • Windows Aero

    DWM により、新しい Windows Aero ユーザー エクスペリエンスも可能になります。 Aero は、Windows Vista で最高の設計、最高のパフォーマンスを発揮するデスクトップ エクスペリエンスです。 WDDM のサポートを含む適切なグラフィックス構成を備えた PC が必要です。PC は、Windows Vista Ultimate、Windows Vista Enterprise、Windows Vista Business、または Windows Vista Home Premium 製品エディションにも装備されている必要があります。 DWM には、エンド ユーザーがより便利で直接的な方法でデスクトップ上のウィンドウを検索してアクセスできるようにする多くの機能が用意されています。 これらの機能は、WDDM によって有効になっているアプリケーションと DWM の間でグラフィックス メモリを共有できることに依存します。 Windows Flip や Windows Flip 3D などの他の機能を使用すると、デスクトップ上のウィンドウを自信を持って管理でき、視覚的に印象的で便利な方法で表示できます。 正確なハードウェア要件については、「Windows Vista Upgrade Advisor ベータ版」を参照してください。互換性については、「Windows Vista 対応 PC と Premium Ready PC をチェックする」を参照してください。

    DWM を使用すると、Windows Aero エクスペリエンスで次のエンド ユーザー機能を提供できます。

    • 開いているアプリケーションと最小化されたアプリケーション用のライブ タスク バーのサムネイル。
    • Windows Flip (Alt + Tab)、および Windows Flip 3D (Windows キー + Tab) - 開いているアプリケーション ウィンドウを管理するための 2 つの新しい視覚的に魅力的な方法。
    • DPI スケーリング - モニターの解像度に関係なくテキストが確実に表示されるように、より高い DPI 画面をサポートします。

  • ビジュアル更新

    Windows Aero エクスペリエンスの注目すべき新しい要素は、ダイナミックな反射や滑らかなアニメーションのような微妙な効果を持つプロフェッショナルな見た目の透明なガラスデザインです。 ガラス効果などのビジュアル要素は、Direct3D ピクセル シェーダー パイプラインと、WDDM による GPU の仮想化に依存します。 しかし、新しいグラフィックスと視覚的な洗練を超えて、Windows Aeroデスクトップエクスペリエンスは見た目と同じくらいスムーズかつ専門的に動作し、ユーザーにシンプルで高品質なエクスペリエンスを提供します。

ビデオの機能強化

Windows Vista の目標の 1 つは、ユーザーがメインストリームのコンシューマー エレクトロニクス デバイスに期待するビデオ再生の品質に合わせすることです。 ビデオ再生はドライバー アーキテクチャに依存するため、アップグレードされたドライバー モデルを備えた Windows Vista では、さまざまなビデオ再生の機能強化を提供できます。

  • 簡単な TV 出力のサポート

    今日では、平均的な消費者にとってPCをテレビに接続することは困難です。 コンシューマーエレクトロニクスデバイスとは異なり、テレビに接続するだけでは、広範な構成なしでは機能しません。 セットアップには、多くの場合、追加のモニターとサードパーティ製品が必要になる場合があります。 WDDM を使用すると、テレビまたはモニターと PC の間の接続の問題が解消され、ユーザーはプラグ アンド プレイが簡単になります。

  • ビデオ再生品質の向上

    現在のオペレーティング システムでのビデオ再生は、コンシューマーの電子機器と比較して、過剰なビデオの不具合や色再現性の低下などの品質の問題に苦しんでいます。 WDDM には、これらの問題を軽減するための機能が多数用意されています。

    まず、WDDM を使用すると、Windows Vista と実行中のアプリケーションが GPU 上にフレームをキューに配置できるようになります。 次に、キュー機能と密接に連携することは、フレームが提示されるタイミングを決定するフィードバック メカニズムです。 これら 2 つの機能を組み合わせることで、オーディオとビデオのプレゼンテーション間の同期性を常に維持し、ビデオの再生を向上させ、ビデオの不具合を大幅に減らすことで、ビデオ再生の品質を大幅に向上させることができます。

    最後に、WDDM ドライバーでは、Direct3D9x API と Direct3D10 API を使用して色 (ガンマ) 補正を向上させるサポートも提供されます。これらの API をサポートするには GPU が必要です。

  • HD ビデオの再生

    セキュリティ セクションで前述したように、WDDM は、多くのコンテンツ プロバイダーの要件である HD ビデオ コンテンツの安全な再生をサポートします。

デプロイ

Windows エンドユーザーにとって大きな不満は、システムの再起動を強制するソフトウェア更新プログラムです。 グラフィックス ドライバーでは、以前は更新後に再起動が必要でした。 Windows Vista と WDDM をサポートする GPU では、グラフィックス ドライバーの更新時にユーザーが再起動する必要がなくなりました。

モビリティと電源機能

また、WDDM に依存する Windows Vista のモバイルの新しいモビリティ機能には、WDDM の利点もあります。

  • ディスプレイとプロジェクターのホット プラグ検出

    Windows XPを使用してラップトップをプロジェクターに接続すると、各ステップがラップトップベンダーから別のラップトップベンダーとは全く異なる可能性があるマルチステッププロセスであることが証明できます。 Windows Vista では、外部ディスプレイまたはプロジェクターに接続するこのプロセスが大幅に簡略化されています。 追加の外部ディスプレイまたはプロジェクターがディスプレイ アダプターに接続されている場合、WDDM はこの新しい状態を即座に検出し、新しい Windows Vista 外部ディスプレイ ウィザードの基になるテクノロジである Transient Mobility Manager (TMM) モジュールに自動的に通知します。 ウィザードを使用すると、デスクトップを 2 番目のディスプレイ デバイスに簡単に拡張または複製できます。

  • "ハイブリッド" スリープ

    Windows Vista の高度なスリープ状態では、スタンバイ関数の高速オン/オフと休止状態関数の信頼性が組み合わされます。 Windows XPでは、Hibernateはシステムメモリの内容をハードディスクに保存し、システムの電源をオフにします。スタンバイでは、メモリの内容が少量の電力で保持され、システムの残りの部分の電源がオフになります。

    ただし、Windows Vista では、"ハイブリッド" スリープを使用すると、システム メモリの内容がハード ディスクに保存され、システムが同時にスタンバイ状態になります。 したがって、システムは、Windows Premium 対応 PC の場合、2 秒未満でシステム メモリから非常に高速に再開できます。 ただし、バッテリが完全に消耗したり、電源が失われたりすると、システム メモリの内容が失われた場合、システムはハード ディスクから再開できます。

    メモ ハイブリッド スリープには WDDM が必要です。

新しいグラフィックス API

WDDM は、はるかに機能的なグラフィカル リソース管理を実装します。 この機能は、開発者が使用できる Direct3D9x API と Direct3D10 API の適切な機能にとって重要です。

  • Windows Presentation Foundation

    Windows Presentation Foundationは、ユーザー インターフェイス、ドキュメント、グラフィックス、デスクトップ ベース、接続されたアプリケーション、およびコンテンツ用の次世代の Windows クライアント開発プラットフォームです。 これにより、より広い範囲の開発者が、必ずしも低レベルのグラフィックス プログラミング コンストラクトを認識しなくても、GPU の機能を活用できます。 デザイナーや開発者は、より豊富で魅力的なエクスペリエンスを顧客に提供するユーザー インターフェイスとコンテンツを簡単に構築できるようになりました。 その結果、より魅力的なエクスペリエンス、データの視覚化の向上、読み取りエクスペリエンスの向上を実現する、ローカルと Web ベースの両方の新しい世代のアプリケーションが間もなく表示されます。

    Windows Presentation Foundationは Windows XP SP2 および Server 2003 バージョンで使用できますが、Windows Vista では、複数の WPF アプリケーションをより確実に同時に実行できるため、スケーラビリティの面で WDDM の利点Windows Presentation Foundation。

  • ゲーム用のコンソールのようなシンプルさ

    Direct3D10 は、次世代の 3-D グラフィックスと高度な並列コンピューティングを可能にする新しい Direct3D API です。 この API は、WDDM のリソース管理機能に依存して、その表現力の一部を提供します。 Direct3D10 API の主な利点は次のとおりです。

    • 一般化された GPU プログラミング モデル WDDM リソース管理によって一部可能になった GPU プログラミングの制限を排除することで、次世代の 3-D グラフィックスと、画像処理などの高度な並列処理のメリットを得られるより汎用的な用途の両方に使用できる、より強力な GPU プログラミング モデルが可能になります。
    • ハードウェア機能の一貫性 コンソールと同様に、Direct3D10 対応のすべてのハードウェアは開発者と同じように見えます。 つまり、D3D9.x を実行するさまざまなハードウェア構成を区別する機能ビットは存在しません。 これにより、ソフトウェアの実装がはるかに簡単になります。
    • **視覚効果**ジオメトリシェーダーやストリームアウトなどの機能は、次世代コンソールが今日提供できる機能を超えた、よりリアルでリアルなグラフィックスを作成する開発者を支援します。
    • **システム パフォーマンスの向上 **CPU で必要なときに処理を一貫してオフロードできるため、パフォーマンスが向上します。