DirectX, prove tecniche di futuro: machine learning nella pipeline grafica e shader precompilati per il PC gaming

Nel corso della GDC 2026, oltre ad annunciare DirectStorage 1.4, Microsoft ha svelato una serie di novità destinate a ridefinire il ruolo delle DirectX nello sviluppo grafico su PC. L'azienda ha evidenziato come il machine learning stia diventando una componente strutturale delle pipeline di rendering in tempo reale, influenzando la generazione dei frame, la creazione dei contenuti e l'implementazione delle tecniche grafiche nei motori di gioco

Per supportare questa evoluzione, la piattaforma DirectX si sta ampliando con strumenti progettati per integrare in modo più diretto i carichi di lavoro basati su AI, affiancandoli alle tradizionali operazioni di rasterizzazione e shading.

Uno dei principali aggiornamenti riguarda DX Linear Algebra, un'estensione delle capacità matematiche di DirectX che introduce il supporto nativo a operazioni di algebra lineare pensate per i workload di machine learning. L'iniziativa si inserisce nel percorso iniziato con Shader Model 6.9, che aveva introdotto i Cooperative Vector: una funzionalità che consente agli sviluppatori di eseguire operazioni vettore-matrice accelerate via hardware direttamente all'interno degli shader HLSL.

Questa integrazione ha reso possibile implementare tecniche di neural rendering direttamente nella pipeline grafica, come Neural texture compression e Neural radiance caching. Si tratta di carichi di lavoro caratterizzati da inferenze parallele per pixel, che possono essere eseguite insieme alle tradizionali operazioni di shading.

Con l'espansione dell'uso del machine learning nella grafica, tuttavia, Microsoft ha rilevato la necessità di supportare anche operazioni più complesse. DX Linear Algebra introduce quindi il supporto diretto alle operazioni matrice-matrice, permettendo di gestire workload ML più articolati mantenendo la programmazione direttamente in HLSL.

Secondo Microsoft, questo approccio fornisce agli sviluppatori un controllo più preciso su flusso dei dati, esecuzione e gestione della memoria nei casi in cui il machine learning venga integrato a livello di shader.

Accanto alle operazioni ML integrate negli shader, Microsoft ha presentato anche DirectX Compute Graph Compiler, un nuovo compilatore progettato per eseguire modelli di machine learning completi all'interno delle applicazioni DirectX. Molte tecniche moderne basate su AI, come denoising avanzato o upscaling temporale, vengono infatti implementate come grafi computazionali completi, con dipendenze tra diversi operatori e passaggi di elaborazione.

Il nuovo compilatore consente di importare questi modelli direttamente dai framework ML e ottimizzarli per l'hardware specifico prima dell'esecuzione sulla GPU. Tra i principali vantaggi indicati da Microsoft troviamo l'integrazione diretta dei modelli nei motori grafici senza riscrivere shader, l'ottimizzazione automatica del grafo computazionale, la gestione della memoria e fusione degli operatori e l'integrazione con gli strumenti di analisi PIX, che mostreranno in un'unica acquisizione sia i workload grafici sia quelli ML.

L'obiettivo è consentire agli sviluppatori di utilizzare due livelli di integrazione complementari: ML integrato negli shader tramite HLSL e DX Linear Algebra, oppure modelli completi gestiti tramite Compute Graph Compiler. Il nuovo compilatore entrerà inizialmente in private preview durante l'estate, mentre DX Linear Algebra sarà disponibile in anteprima pubblica ad aprile.

Advanced Shader Delivery: shader precompilati per PC

Oltre alle novità legate al machine learning, Microsoft ha deciso di affrontare uno dei problemi storici del gaming su PC: i lunghi tempi di compilazione degli shader e i fenomeni di stuttering durante il gameplay.

La soluzione proposta si chiama Advanced Shader Delivery (ASD). Ne avevamo già parlato in occasione del debutto di Xbox ROG Ally e Ally X, ma la casa di Redmond è pronta a passare a una diffusione più massiccia. ASD ha l'obiettivo di permettere ai giocatori di scaricare shader già compilati per la propria configurazione hardware.

A differenza delle console, dove l'hardware è fisso, il PC presenta una combinazione molto ampia di GPU e driver. Questo rende difficile distribuire shader precompilati universali. ASD introduce quindi un sistema in cui gli sviluppatori generano un State Object Database (SODB), che viene poi convertito tramite compilazione offline in un Precompiled Shader Database (PSDB) specifico per determinate configurazioni hardware.

Con l'aggiornamento AgilitySDK 1.619, Microsoft introduce inoltre nuove API chiamate App Identity API e Stats API per migliorare questo processo. La prima consente alle applicazioni di dichiarare un'identità standardizzata verso Direct3D 12 e i driver grafici, la seconda permette agli sviluppatori di analizzare l'efficacia degli shader precompilati, ad esempio monitorando la percentuale di cache hit.

Il supporto sarà integrato anche nello strumento di debugging PIX, che mostrerà statistiche in tempo reale a partire dalla versione prevista per maggio 2026.

Un ulteriore miglioramento riguarda i titoli con un numero molto elevato di Pipeline State Objects (PSO), che possono rendere difficile la compilazione preventiva degli shader. Microsoft sta introducendo il concetto di partial graphics programs, che consente di suddividere la creazione delle pipeline grafiche in più fasi. In pratica, vengono generati programmi parziali per le fasi di pre-rasterizzazione e pixel shading, che possono poi essere combinati con altri stati al momento dell'esecuzione.

Questo approccio dovrebbe ridurre la duplicazione degli shader e rendere più efficiente la distribuzione degli shader precompilati su diverse configurazioni hardware.

Le novità annunciate al GDC hanno ricevuto il supporto di diversi produttori hardware, tra cui AMD, Intel, NVIDIA e Qualcomm, che collaborano con Microsoft per integrare queste tecnologie nelle rispettive GPU e piattaforme.

Secondo i partner, l'evoluzione di DirectX verso una maggiore integrazione del machine learning e una gestione più efficiente degli shader dovrebbe contribuire a migliorare sia la qualità grafica sia la fluidità dei giochi su PC.