Windows Vista Display Driver Model

Microsoft Corporation

Juillet 2006

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Accès à l'expérience du bureau de Windows nouvelle génération Accès à l'expérience du bureau de Windows nouvelle génération
Introduction Introduction
Les avantages généraux du WDDM Les avantages généraux du WDDM
Gestionnaire de fenêtres du Bureau Gestionnaire de fenêtres du Bureau
Améliorations vidéo Améliorations vidéo
Déploiement Déploiement
Fonctionnalités de mobilité et de puissance Fonctionnalités de mobilité et de puissance
Nouvelles APIs graphiques Nouvelles APIs graphiques

Accès à l'expérience du bureau de Windows nouvelle génération

Résumé : Le Windows Display Driver Model est une nouvelle architecture de pilote d'affichage prise en charge dans Windows Vista. Cette architecture d'affichage est un remaniement de celle de Windows XP permettant aux utilisateurs de tirer le meilleur parti de leur bureau de manière plus performante et plus fiable.

Le WDDM permet également une lecture des contenus vidéo capable de rivaliser avec les appareils électroniques grand public traditionnels. Pour ce faire, il permet un raccordement facile à des moniteurs externes, offrant ainsi une lecture vidéo HD protégée et une meilleure qualité générale de la lecture vidéo. Pour la première fois dans Windows, les unités de traitement graphique (GPU) peuvent être multi-tâches, permettant ainsi aux utilisateurs d'exécuter simultanément plusieurs applications GPU.

Enfin, WDDM améliore les jeux sur PC en simplifiant le modèle de programmation GPU généralisé pour les développeurs, tout en maintenant une cohérence des fonctionnalités matérielles. Cela se traduit par des jeux sur PC dont la performance dépassera même celle des dernières consoles sorties sur le marché.

Ce nouveau modèle de pilote d'affichage constitue un élément central du nouveau bureau. Ainsi, le fait qu'il soit doté d'un GPU prenant en charge le WDDM est une condition requise pour que Windows Vista revête la désignation marketing Premium Ready applicable à tous les futurs programmes qui porteront le logo Windows Vista. (7 pages imprimées)

Introduction

Les taux d'amélioration de la performance des GPU ont dépassé de beaucoup ceux de la loi de Moore. Les experts soulignent que les GPU se sont améliorés à un taux correspondant à la « loi de Moore au cube », ce qui se traduit à peu de chose près par une puissance de traitement des graphiques doublée chaque année. À ce jour, cette puissance de traitement des graphiques a majoritairement été utilisée pour les jeux vidéo, les suites multimédia riches, telles que le montage vidéo, les applications d'effets spéciaux ainsi que pour les applications techniques haut de gamme telles que la conception assistée par ordinateur. Par conséquent, bien que pratiquement tous les PC modernes en soient équipés, la puissance du GPU est rarement utilisée dans les tâches quotidiennes. Ainsi, les GPU ne constituent pas une priorité absolue dans le processus de conception des ordinateurs.

Windows Vista n'exploite pas la puissance du GPU uniquement pour les jeux. Pour les débutants, Windows Vista utilise le GPU pour permettre à ses clients de tirer le meilleur parti de l'utilisation quotidienne de leur bureau. L'infrastructure de lecture vidéo de Windows utilise le WDDM pour assurer une lecture vidéo en haute définition (HD) et pour garantir à cette dernière le niveau de qualité le plus élevé dont les appareils électroniques grand public les plus modernes ont été dotés. En outre, il existe un certain nombre d'autres applications-clé qui utilisent aujourd'hui le GPU, telles que la nouvelle galerie photos de Windows. Cette utilisation plus large du GPU, non seulement par le système d'exploitation, mais aussi par plusieurs applications, est possible avec le WDDM.

Cet article analyse les avantages généraux et spécifiques du WDDM et notamment :

  • Les avantages généraux du WDDM

  • Le gestionnaire de fenêtres du Bureau (DWM)

  • Les améliorations vidéo, et notamment la lecture vidéo protégée (PVP)

  • Déploiement

  • Mobilité et puissance

  • Nouvelles APIs graphiques

Les avantages généraux du WDDM

  • Stabilité

    Sous Windows XP, les pilotes d'affichage qui sont lourds et complexes, peuvent constituer l'une des principales causes d'instabilité du système. Ces pilotes s'exécutent entièrement en mode noyau (à savoir en profondeur dans le code système) et entraînent par conséquent, un problème unique dans le pilote forçant le système à redémarrer entièrement. D'après les résultats des analyses réalisées sur les pannes recueillies pendant l'existence de Windows XP, les pilotes d'affichage sont responsables de 20 pour cent de tous les écrans bleus d'erreur. Ainsi, l'un des premiers objectifs de Windows Vista a été de réduire ce type de panne et de permettre à ses clients de tirer le meilleur parti de l'utilisation de leur bureau en toute fiabilité tout en diminuant les coûts du support technique assuré par des partenaires. Désormais, la fiabilité revêt aujourd'hui encore plus d'importance car des fonctionnalités fondamentales exigent que le pipeline graphique soit performant en permanence. Le nouveau gestionnaire de fenêtres du Bureau, qui dessine les fenêtres affichées à l'écran, est un exemple de ce type de fonctionnalité. Les avantages liés à un bureau stable et exempt d'erreurs de redessin, doivent être assurément valables pour tous les clients et pas uniquement pour les joueurs.

    Sur le plan technique, les pilotes d'affichage du WDDM comportent deux composants, un pilote en mode noyau (KMD) hautement rationalisé et un pilote en mode utilisateur qui se charge de la plupart des calculs intensifs. Ce modèle permet de déplacer la plus grande partie du code hors du mode noyau. En effet, l'élément en mode noyau est désormais uniquement responsable des fonctionnalités de bas niveau et l'élément en mode utilisateur, des fonctionnalités de haut niveau, telles que la conversion des constructions d'API en commandes de GPU directes tout en respectant la compatibilité des applications. Ceci permet de réduire de manière significative les risques d'obtenir des écrans bleus d'erreur. De même, la plupart des problèmes liés aux pilotes d'affichage affecte, au pire, une application.

    Le WDDM fournit également une tolérance de pannes pour les blocages du pilote d'affichage. Ceci permet à Windows Vista de détecter les blocages et de réexécuter le pilote d'affichage sans devoir redémarrer tout le système.

    En outre, les pilotes d'affichage de Windows Vista se sont considérablement simplifiés sans supprimer la nécessité d'inclure du code pour la prise en charge des différentes interfaces de pilote introduites depuis de nombreuses années. Ainsi, Windows Vista implémente uniquement une interface unique tout en garantissant que tous les anciens pilotes sont reconnus et fonctionnent de manière optimale.

  • Performance

    Lorsqu'une application nécessitant le GPU est lancée, le contrôle s'échappe des autres applications utilisant le GPU. Ceci se produit en raison d'une impossibilité de partager le GPU entre plusieurs applications simultanément. Sous Windows Vista, le GPU est utilisé pour de nombreuses tâches courantes, telles que la gestion de base des fenêtres et le rendu vidéo. En outre, avec Windows Presentation Foundation (partie de la plate-forme de développement .NET Framework 3.0), de nouvelles API permettent désormais aux développeurs d'utiliser facilement les applications non liées aux jeux dotées d'interfaces conviviales. Etant donné que toutes ces applications et fonctionnalités dépendent du GPU, le fait que ce dernier soit multi-tâches s'avère essentiel.

    Le WDDM permet aux nombreuses applications d'utiliser le GPU simultanément en implémentant les fonctionnalités suivantes :

    • Le gestionnaire de mémoire du GPU qui gère l'allocation de la mémoire vidéo,

    • Le planificateur du GPU chargé de planifier les diverses applications du GPU selon leur priorité.

    Grâce à ces technologies, les applications ne sont plus obligées de céder le GPU lors du lancement d'une autre application nécessitant ses services. Au lieu de cela, la planification du GPU s'effectue de manière beaucoup plus efficace.

  • Sécurité

    La sécurité constitue l'une des préoccupations majeures des plates-formes multi-tâches. Un système d'exploitation sûr se doit de s'assurer que les ressources utilisées par une application sont isolées des autres applications. Cette isolation des applications constitue une condition nécessaire pour la lecture de contenu HD protégé.

    Le WDDM, par le biais du modèle de sécurité intégré au gestionnaire de mémoire et au planificateur du GPU assure cette isolation. Les pilotes d'affichage actuels de Windows XP ne sont pas dotés de telles fonctionnalités et sont limités dans les types de contenu HD qu'ils peuvent lire.

Gestionnaire de fenêtres du Bureau

Le gestionnaire de fenêtres du Bureau (DWM) est la technologie de Windows Vista qui contrôle l'affichage et la mise à jour des fenêtres sur le bureau. Afin d'éliminer les objets de dessin qui apparaissent dans les versions antérieures de Windows, au sein desquelles les applications dessinent directement sur l'écran de manière asynchrone, le DWM compose du contenu à l'écran, tel que des fenêtres d'application, dans une mémoire tampon en fond d'écran ou hors écran avant de les dessiner sur l'écran de l'utilisateur. Le DWM est, par nature, une application Direct3D active dès le moment où l'ordinateur est allumé. Ainsi, les fonctionnalités essentielles du WDDM, telles que la capacité à partager les ressources et le traitement du GPU deviennent essentielles dans ce cas de figure. Pour Windows Vista, les deux principaux domaines d'investissement par rapport au DWM sont les suivants : l'amélioration générale de la qualité et une expérience de l'utilisateur captivante. Le WDDM joue un rôle-clé dans la concrétisation de ces avancées, comme nous le verrons après. L'expérience de l'utilisateur final signée Windows Vista, Windows Aero a également été créée en plus du DWM.

  • Qualité

    Sous Windows XP, les applications mettent à jour leurs fenêtres directement au moment où le système d'exploitation le leur demande. Ces requêtes doivent être exécutées de manière asynchrone lorsqu'il s'agit de la fréquence d'actualisation du moniteur ou des mises à jour en cours d'exécution. L'effet de ces requêtes est que l'utilisateur voit les fenêtres se décomposer et se redessiner de manière incorrecte ou lentement. Le style DWM de la présentation des fenêtres élimine les objets décomposés, garantissant ainsi une utilisation du bureau des plus optimales. L'avantage pour l'utilisateur final est un système apparaissant plus réactif et l'expérience, plus propre.

  • Windows Aero

    Le DWM rend également possible l'expérience de l'utilisateur du nouveau Windows Aero. Aero est l'expérience du bureau de Windows Vista la mieux conçue et offrant la plus haute performance. Il nécessite un PC équipé d'une configuration graphique appropriée prenant en charge le WDDM ; ce PC doit également être compatible avec Windows Vista Ultimate, Windows Vista Enterprise, Windows Vista Business ou Windows Vista Home Premium. Le DWM offre un certain nombre de fonctionnalités permettant aux utilisateurs finaux de rechercher et d'accéder aux fenêtres de leur bureau de manière plus pratique et directe. Ces fonctionnalités se basent sur la capacité à partager la mémoire graphique entre les applications et le DWM, qui est activé par le WDDM. D'autres fonctionnalités, telles que Windows Flip et Windows Flip 3D vous permettent de gérer en toute confiance les fenêtres de votre bureau, vous aidant ainsi à les afficher d'une manière plus claire mais également plus pratique. Reportez-vous à la version bêta du conseiller de mise à niveau de Windows Vista pour connaître la configuration matérielle requise exacte et aux ordinateurs compatibles avec Windows Vista et Premium Ready afin de vérifier leur compatibilité.

    Le DWM permet à Windows Aero d'offrir à l'utilisateur final les fonctionnalités suivantes :

    • Des miniatures dynamiques dans la barre des tâches pour les applications ouvertes et réduites.

    • Windows Flip (Alt + Tab) et Windows Flip 3D (touche Windows + Tab), deux nouvelles fonctionnalités étonnantes permettant de gérer les fenêtres des applications ouvertes.

    • Redimensionnement des PPP prenant en charge les écrans avec un plus grand nombre de PPP, de manière à ce que le texte s'affiche de manière fiable quelle que soit la résolution de votre moniteur.

  • Actualisation

    Un nouvel élément remarquable de Windows Aero est sa conception professionnelle sous forme de vitre transparente et proposant des effets subtils tels que des réflexions dynamiques et des animations fluides. Les éléments visuels, tels que l'effet vitré, sont obtenus par le biais du pipeline du nuancier de pixels Direct3D et la virtualisation du GPU par le WDDM. Mais, au-delà du perfectionnement des nouveaux graphiques et visuel, l'expérience du bureau proposée par Windows Aero fonctionne de manière tout aussi aisée et professionnelle que l'est son aspect, garantissant ainsi à l'utilisateur une expérience simple et de haute qualité.

Améliorations vidéo

L'un des objectifs de Windows Vista est de garantir le niveau de qualité de la lecture vidéo que les utilisateurs exigent des appareils électroniques grand public courants. Étant donné que la lecture vidéo varie en fonction de l'architecture du pilote, Windows Vista, avec son modèle de pilote mis à niveau, est en mesure de proposer un certain nombre d'améliorations au niveau de la lecture vidéo.

  • Compatibilité aisée avec les sorties TV

    Aujourd'hui, le raccordement d'un PC à un téléviseur demeure encore difficile pour le consommateur moyen. Contrairement à un appareil électronique grand public, le branchement simple à un téléviseur ne fonctionne pas sans une configuration complexe. Cette configuration peut souvent nécessiter l'installation d'un moniteur supplémentaire et de produits tiers. WDDM supprime les problèmes de connectivité entre un téléviseur et un moniteur et le PC, offrant ainsi aux utilisateurs une simplicité de raccordement à chaud (plug and play).

  • Amélioration de la qualité de la lecture vidéo

    La lecture vidéo sur les systèmes d'exploitation existants subit de problèmes de qualité tels qu'une quantité excessive de rayures à l'écran et une mauvaise fidélité des couleurs par rapport aux appareils électroniques grand public. WDDM propose un certain nombre d'outils pour atténuer ces problèmes.

    Tout d'abord, le WDDM permet à Windows Vista et aux applications en cours d'exécution de mettre en file d'attente les images devant être présentées sur le GPU. Deuxièmement, l'utilisation fréquente de la fonctionnalité de mise en file d'attente permet de savoir quand les images sont présentées. Ensemble, ces deux fonctionnalités peuvent considérablement améliorer la qualité de la lecture vidéo en maintenant constamment la synchronicité entre les présentations audio et vidéo. Ceci peut alors permettre d'améliorer la lecture vidéo et de réduire significativement le nombre de rayures apparaissant à l'écran.

    Enfin, les pilotes du WDDM prennent également en charge une meilleure correction (Gamma) des couleurs grâce aux APIs Direct3D9x et Direct3D10, qui, à leur tour, ont besoin du GPU pour prendre en charge ces APIs.

  • Lecture vidéo HD

    Comme nous l'avons mentionné précédemment dans la section sur la sécurité, le WDDM prend en charge la lecture sécurisée du contenu vidéo HD exigée par de nombreux fournisseurs de contenu.

Déploiement

Parmi les grandes frustrations des utilisateurs finaux de Windows, citons les mises à jour logicielles qui obligent à redémarrer le système. Avant, les pilotes graphiques nécessitaient un redémarrage de l'ordinateur après leur mise à jour. Avec Windows Vista et un GPU compatible, les utilisateurs ne sont désormais plus obligés de redémarrer l'ordinateur lors des mises à jour du pilote d'affichage.

Fonctionnalités de mobilité et de puissance

Il existe également des avantages WDDM pour les nouvelles fonctionnalités de mobilité de Windows Vista qui dépendent de WDDM.

  • Détection à chaud des écrans et des projecteurs

    Le raccordement d'un ordinateur portable à un projecteur peut se présenter, dans Windows XP, sous la forme d'une procédure à réaliser en plusieurs étapes, où chacune d'elles peut être totalement différente d'un fabricant de portables à un autre. Sous Windows Vista, la procédure de raccordement à un écran ou projecteur externe a été considérablement simplifiée. Lorsqu'un écran ou un projecteur externe supplémentaire est raccordé à la carte vidéo, le WDDM détecte ce nouvel état instantanément et en informe le module Transient Mobility Manager (TMM), qui est la technologie sous-jacente du nouvel assistant Windows Vista External Display. Cet assistant facilite l'extension ou le clonage du bureau au second périphérique d'affichage.

  • Mode veille « hybride »

    L'état du mode veille avancé de Windows Vista combine la rapidité d'activation/désactivation de la fonction de veille avec la fiabilité de la fonction de veille prolongée. Sous Windows XP, la fonction de veille prolongée entraîne l'enregistrement du contenu de la mémoire système sur le disque dur et l'arrêt du système ; le mode de veille fait en sorte que le contenu de la mémoire soit préservé avec une faible quantité d'alimentation tandis que le reste du système est arrêté.

    Cependant, sous Windows Vista, le mode de veille « hybride » entraîne l'enregistrement du contenu de la mémoire système sur le disque dur et, dans le même temps, le placement du système en mode de veille. Par conséquent, le système est en mesure de reprendre de manière extrêmement rapide son activité à partir de la mémoire système, par exemple, en moins de 2 secondes pour les PC compatibles Windows Premium. Toutefois, si la batterie est entièrement épuisée ou si une perte de puissance entraîne une perte du contenu de la mémoire système, le système peut reprendre son activité à partir du disque dur.

    Remarque : le mode de veille hybride nécessite la présence de WDDM.

Nouvelles APIs graphiques

Le WDDM implémente une gestion des ressources graphiques encore plus fonctionnelle. Cette fonctionnalité s'avère essentielle pour le fonctionnement correct des APIs Direct3D9x et Direct3D10 utilisées par les développeurs.

  • Windows Presentation Foundation

    Windows Presentation Foundation représente la nouvelle génération de plate-forme de développement client Windows pour l'interface utilisateur, les documents, les graphiques, les applications de bureautique et les applications connectées, ainsi que le contenu. Il permet à un grand nombre de développeurs de tirer le meilleur parti de la performance du GPU, sans qu'ils soient nécessairement obligés de maîtriser les constructions de programmation graphiques de bas niveau. Il est désormais plus facile pour les concepteurs et les développeurs de créer des interfaces utilisateur et du contenu offrant aux clients une expérience plus riche et plus intéressante. Par conséquent, nous assisterons d'ici peu à la naissance d'une nouvelle génération d'applications, aussi bien locales que Web, capables d'offrir des expériences plus intéressantes, une meilleure visualisation des données et des améliorations notoires en matière d'expérience de la lecture.

    Tandis que Windows Presentation Foundation est disponible pour les versions Windows XP SP2 et Server 2003, sous Windows Vista, Windows Presentation Foundation bénéficiera du WDDM en termes d'évolutivité, car ce dernier peut exécuter, de manière fiable, plusieurs applications WPF simultanément.

  • Simplicité des jeux identique aux consoles

    Direct3D10 est la nouvelle API Direct3D qui permet de bénéficier des graphiques en 3D de nouvelle génération et d'un informatique sophistiqué en parallèle. Cette API se base sur la fonctionnalité de gestion des ressources du WDDM pour libérer une partie de son éloquente performance. Les principaux avantages des APIs Direct3D10 sont les suivants :

    • Un modèle de programmation du GPU généralisé La suppression des limites à la programmation du GPU, rendue possible en partie par la gestion des ressources du WDDM, permet d'obtenir un modèle de programmation du GPU pouvant être utilisé aussi bien pour les graphiques en 3D de nouvelle génération que d'une manière plus générale, tout en bénéficiant d'un traitement hautement parallèle tel que le traitement des images.

    • Cohérence des fonctionnalités matérielles Comme pour une console, tout le matériel compatible Direct3D10 est identique aux yeux du développeur. En d'autres termes, les bits de capacité qui distinguent les différentes configurations matérielles exécutant D3D9.x n'existent pas. Ceci permet d'obtenir une implémentation encore plus simple des logiciels.

    • Effets Visual Des fonctionnalités telles que Geometry Shader et Stream Out aident le développeur à créer des graphiques encore plus réalistes et vivants d'une qualité encore meilleure que celle offerte aujourd'hui par les consoles de nouvelle génération.

    • Meilleure performance système Une meilleure performance est obtenue car le traitement peut être déchargé de manière cohérente lorsque le processeur l'exige.

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