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Windows Vista ディスプレイ ドライバ モデル

ベールを脱ぐ Windows の次世代デスクトップ エクスペリエンス

Microsoft Corporation

2006 年 7 月
日本語版最終更新日 2006 年 11 月 20 日

目次

紹介
WDDM のもたらす全体的なメリット
Desktop Window Manager
ビデオの改良点
展開
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 Display Driver Model (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 アーキテクチャです。このディスプレイ アーキテクチャは、Windows XP ベース ディスプレイ アーキテクチャの徹底的な見直しから生まれました。それにより、新たなシナリオ、グラフィックス、アプリケーションに対するサポートを提供しつつ、デスク トップ エクスペリエンスのパフォーマンスと信頼性を向上します。

WDDM は、一般的な家電機器に匹敵するビデオ コンテンツの再生機能を備えています。たとえば、WDDM では外部モニタに簡単に接続することができます。また、保護された HD ビデオ コンテンツの再生もサポートされ、ビデオ再生の品質が全般的に向上しています。さらに、Windows では初めてグラフィックス プロセッシング ユニット (GPU) のマルチタスク動作が可能となったため、GPU に高い負荷をかけるアプリケーションも同時に複数実行することができます。

最後に、WDDM はコンピュータ ゲーム エクスペリエンスを向上します。開発者には、シンプルな汎用 GPU プログラミング モデルが提供されます。また、ハードウェア機能の一貫性を維持することで、最新コンソールのエクスペリエンスを超えるコンピュータ ゲーム エクスペリエンスを実現します。

この新しいディスプレイ ドライバ モデルは新しいデスクトップ エクスペリエンスに欠かせない要素となっています。WDDM 対応の GPU を搭載することが Windows Vista "Premium Ready" と呼ばれるための要件の 1 つであり、今後 Windows Vista ロゴ プログラムにも含まれる予定です。

紹介

GPU のパフォーマンスは、ムーアの法則を大幅に上回るペースで向上してきました。専門家によると、GPU は "ムーアの法則の 3 乗" の速度 (グラフィックス処理能力が 1 年でほぼ 2 倍になる速度) で進化しています。しかし今日に至るまで、この膨大なグラフィックス処理能力の用途は、主としてビデオ ゲーム、広範なマルチメディア機能を備えたスイート (特殊効果を扱うビデオ編集アプリケーションなど)、およびハイエンドなテクニカル アプリケーション (CAD など) に限定されてきました。現在ではほぼすべての PC に GPU が搭載されているにもかかわらず、日常的な活動でその処理能力が活かされることはまれです。結果として、PC の設計プロセスにおける GPU の優先順位は低いものとなっています。

Windows Vista は、GPU の処理能力をゲーム以外の分野でも活用します。まず、Windows Vista は GPU を用いて、ユーザーの日常的なデスクトップ エクスペリエンスを全体的に向上させます。また、Windows Vista のビデオ再生インフラストラクチャは、WDDM をベースにしています。それにより提供される高精細 (HD) ビデオの再生品質は、最新の家電機器に匹敵します。加えて、新しい Windows Photo Gallery など、多くの主要なアプリケーションで GPU が利用されるようになっています。オペレーティング システムと複数のアプリケーションが同時に GPU を使用するなど、GPU の幅広い利用が WDDM によって可能となっています。

この文書では、次のような WDDM の全体的なメリット、および特定の分野におけるメリットについて説明します。

  • WDDM のもたらす全体的なメリット

  • Desktop Window Manager (DWM)

  • ビデオの改良点 (保護されたビデオ再生 (PVP) など)

  • 展開

  • モビリティと電源

  • 新しいグラフィックス API

WDDM のもたらす全体的なメリット

  • 安定性

    Windows XP で使用されているディスプレイ ドライバは大きくて複雑であり、システムが不安定になる主な原因ともなっています。これらのドライバはすべてカーネル モード (システム コードの深い部分) で実行されるため、ドライバで発生した 1 つの問題のためにシステム全体の再起動が必要となることも珍しくありません。Windows XP のタイムフレーム期間に収集されたクラッシュ解析データによると、ディスプレイ ドライバが原因であるブルー スクリーン は全体の 20% を占めています。そのため、このようなクラッシュを減らし、パートナーのサポート コストを軽減しつつユーザーに信頼性の高いデスクトップ エクスペリエンスを提供することが、Windows Vista の主要な目標の 1 つとなってきました。主要な機能で 24 時間効率的に動作するグラフィックス パイプラインが求められる今、信頼性の重要度はさらに高まっています。たとえば、デスクトップにウィンドウを描画する新しい Desktop Window Manager も、このような主要な機能の 1 つです。再描画エラーのない安定したデスクトップ エクスペリエンスは、ゲーム ユーザーのみならず、すべてのユーザーに恩恵をもたらします。

    テクニカル レベルで、WDDM ディスプレイ ドライバには 2 つのコンポーネントがあります。簡略化されたカーネル モード ドライバ (KMD) と、集中計算処理のほとんどを実行するユーザー モード ドライバです。このモデルでは、コードのほとんどがカーネル モードからユーザー モードに移されています。つまり、カーネル モードで動作するドライバが低い階層の機能をすべて担当する一方で、ユーザー モード ドライバはより負荷の高い機能を処理します。ユーザー モードで処理される機能には、たとえばアプリケーションの互換性を維持しつつ、高レベル API コンストラクトをダイレクトな GPU コマンドへ変換する手助けを行う機能などがあります。これにより、致命的なブルー スクリーンが表示される可能性は大幅に減少します。また、ほとんどのケースで、グラフィックス ドライバに関連する問題によって影響を受けるのが、最悪の場合でも 1 つのアプリケーションのみにとどめられます。

    WDDM は、ディスプレイ ドライバの停止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 はシステムの停止を検出し、システムを再起動せずにディスプレイ ドライバのみを再起動することができます。

    さらに、Windows Vista のディスプレイ ドライバは、大幅に簡略化されています。これは、多年にわたって導入されてきた多様なデバイス ドライバ インターフェイスをサポートするコードを含める必要がないためです。このように、Windows Vista は、単一のインターフェイスのみを実装しながら、旧ドライバもすべて認識され最適に機能するようサポートします。

  • パフォーマンス

    GPU を必要とするアプリケーションを起動すると、それまで GPU を使用していたアプリケーションは GPU の制御を奪われることになります。これは、GPU を複数のアプリケーションで同時に共有することができないためです。Windows Vista で 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、多くの一般的な操作でも使用されています。加えて、Windows Presentation Foundation (.NET Framework 3.0 開発プラットフォームに含まれる) の新しい API により、開発者はゲーム以外のアプリケーションにおいても魅力的でユーザー フレンドリなインターフェイスを提供するため、簡単に GPU を使用できるようになっています。これらのアプリケーションや機能すべてが GPU に依存するため、GPU のマルチタスクは非常に重要となります。

    WDDM では、次のテクノロジの実装により、複数のアプリケーションが同時に GPU を使用できます。

    • GPU メモリ マネージャ — ビデオ メモリの割り当てを調整します。

    • GPU スケジューラ — 優先度に応じて、さまざまな GPU アプリケーションのスケジュール調整を行います。

    これらのテクノロジにより、他のアプリケーションがサービスを起動するために GPU を必要とする場合でも、アプリケーションが GPU の制御を譲る必要はなくなります。GPU は、効率的にスケジュール調整されます。

  • セキュリティ

    セキュリティは、マルチタスクをサポートするすべてのプラットフォームにおいて重要な課題となっています。安全な OS では、あるアプリケーションによって使用されているリソースを他のアプリケーションから切り離す必要があります。アプリケーションの切り離しは、保護され た HD コンテンツの再生を行うための必須条件となっています。

    WDDM は、GPU メモリ マネージャおよび GPU スケジューラに組み込まれているセキュリティ モデルを介して、この切り離しを行います。現在の Windows XP ディスプレイ ドライバにはこのような機能がないため、再生できる HD コンテンツのタイプは限られています。

Desktop Window Manager

Desktop Window Manager (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。Windows の以前のバージョンでは、アプリケーションが非同期的にディスプレイ上に直接ウィンドウを描画していたため、描画の誤差が発生していました。このような誤 差を除去するため、DWM ではアプリケーション ウィンドウなどの画面上のコンテンツをディスプレイ上に描画する前に、バックスクリーン バッファまたはオフスクリーン バッファで合成します。DWM は、言わば、コンピュータの起動時にアクティブになる 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 のリソースと処理能力を共有する機能など、WDDM のコア機能が不可欠となります。Windows Vista では、DWM に関連して 2 つの投資分野が設定されました。それは、全体的な品質の向上と魅力的なユーザー エクスペリエンスです。後述のように、WDDM は、この 2 つを実現するうえで重要な役割を果たしています。DWM テクノロジを基に構築されているのが、Windows Vista の目玉であるエンドユーザー エクスペリエンス Windows Aero です。

  • 品質

    Windows XP では、OS の要求に応じて、アプリケーションが直接ウィンドウを更新します。この要求は、モニタのリフレッシュ レートや進行中の更新に対して非同期的に実行される場合があります。結果として、ウィンドウの描画の乱れや、不正確な再描画または再描画の遅延が発生しま す。一方、DWM を使用してウィンドウを描画するなら、描画の乱れや誤差を除去し、高品質のデスクトップ エクスペリエンスを実現することができます。エンドユーザーは、システムのレスポンスの向上を実感し、快適なエクスペリエンスを楽しむことができます。

  • Windows Aero

    DWM は、新しい Windows Aero ユーザー エクスペリエンスの実現にも寄与しています。Aero は、高度な設計による優れたパフォーマンスを発揮する Windows Vista のデスクトップ エクスペリエンスです。Aero を実行するには、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。加えて、PC は Windows Vista Ultimate、Windows Vista Enterprise、Windows Vista Business、または Windows Vista Home Premium エディションのシステム要件を満たしている必要があります。DWM の提供する多くの機能により、エンドユーザーはデスクトップ上のウィンドウを簡単に探し出し直感的に操作することができます。これらの機能は、グラフィッ クス メモリをアプリケーション間で共有する機能、および WDDM によって可能となる DWM に依存しています。Windows フリップや Windows フリップ 3D などの他の機能も、デスクトップ上のウィンドウを迷わず操作するうえで役立ちます。ウィンドウは、視覚効果に優れ、使い勝手のよい方法で表示されます。 ハードウェア要件の詳細については、「Windows Vista Upgrade Advisor Beta (英語)」を参照してください。互換性を確認するには、「Windows Vista Capable PC および Premium Ready PC (英語)」を参照してください。

    DWM により実現される Windows Aero エクスペリエンスでは、次のような機能がエンドユーザーに提供されます。

    • 開いているアプリケーションおよび最小化されているアプリケーションのライブ タスクバー サムネイル。

    • Windows フリップ (Alt + Tab) および Windows フリップ 3D (Windows ロゴ キー + Tab) — 開いているアプリケーションのウィンドウを管理する視覚的に優れた新しい 2 つの方法。

    • DPI スケーリング — 高 DPI 画面のサポート。モニタの解像度にかかわらず、テキストが確実に表示されるようになります。

  • 一新されたビジュアル

    Windows Aero エクスペリエンスでとりわけ目を引く新要素は、半透明のガラスをあしらったプロフェッショナルな外観です。このデザインでは、動的な影生成やスムーズなア ニメーションなど、細部にまでこだわっています。グラス効果などのビジュアル要素は、Direct3D ピクセルシェーダのパイプラインと WDDM による GPU の仮想化に依存しています。しかし、Windows Aero の特徴は新しいグラフィックスと洗練されたビジュアルのみではありません。Windows Aero デスクトップ エクスペリエンスは、その外観どおりスムーズかつプロフェッショナルに動作し、シンプルで質の高いエクスペリエンスをユーザーに提供します。

ビデオの改良点

Windows Vista の目標の 1 つは、主流の家電機器で期待されるレベルのビデオ再生品質を実現することです。ビデオ再生の品質はドライバ アーキテクチャに依存します。そのため、Windows Vista はドライバ モデルをアップグレードし、多くの点でビデオの再生品質を改良することに成功しました。

  • 簡単なテレビ接続サポート

    PC とテレビの接続は、一般のユーザーにとって骨の折れる作業です。家電機器とは異なり、ただテレビのケーブルを差し込むだけでは動作しないため、広範囲な構 成設定を行う必要があります。多くの場合、セットアップには追加のモニタやサードパーティ製の製品が必要となります。WDDM は、テレビまたはモニタと PC 間の接続に関するこれらの問題を解決し、シンプルなプラグ アンド プレイでのセットアップを可能にします。

  • ビデオ再生品質の向上

    現在のオペレーティング システムにおけるビデオ再生は、家電機器と比較すると、映像の乱れが多く、忠実な色再現という点でも劣っています。WDDM は、このような問題を軽減するための多くの機能を提供します。

    まず、WDDM により、Windows Vista および実行中のアプリケーションは、GPU で描画するフレームをキューイングすることが可能になりました。また、このキューイング機能と緊密に連携するフィードバック メカニズムは、フレームを描画するタイミングを決定します。これら 2 つの機能により、ビデオ再生の品質を大きく向上することができます。オーディオとビデオの同期は常に維持され、ビデオ映像の乱れも大幅に抑えられます。

    最後に、WDDM ドライバは Direct3D9x および Direct3D10 API を介して、より高度な色 (ガンマ) 補正をサポートします。ただし、この場合は GPU もこれらの API をサポートすることが求められます。

  • HD ビデオの再生

    セキュリティのセクションで説明したように、WDDM は、HD ビデオ コンテンツに対して、多くのコンテンツ プロバイダが要求する安全な再生をサポートしています。

展開

Windows エンドユーザーの大きなストレスとなっているのは、ソフトウェアの更新時にシステムを再起動しなければならないことです。これまでのグラフィックス ドライバでは、更新後に再起動が求められました。しかし、Windows Vista および WDDM をサポートする GPU により、グラフィックス ドライバの更新時に再起動を行う必要はなくなります。

モビリティと電源の機能

WDDM のもたらすメリットには、WDDM に依存する Windows Vista の新しいモビリティ機能も含まれます。

  • ディスプレイとプロジェクタのホット プラグ検出

    Windows XP の場合、ノート型パソコンをプロジェクタに接続するには、複雑な手順が必要となります。しかも、これらの手順はパソコンのベンダごとにまったく異なる場合 があります。Windows Vista では、外部ディスプレイやプロジェクタへの接続手順が大幅に簡略化されています。ディスプレイ アダプタに追加の外部ディスプレイやプロジェクタを接続すると、WDDM は状況の変化を即座に検知し、自動的に Transient Mobility Manager (TMM) モジュールに通知します。このモジュールは、新しい Windows Vista 外部ディスプレイ ウィザードの基盤となるテクノロジです。このウィザードにより、追加のディスプレイ機器にデスクトップを拡張したり、クローン デスクトップを表示したりすることが簡単に実行できます。

  • "ハイブリッド" スリープ

    Windows Vista の進化したスリープ モードは、スタンバイ機能の高速のオン/オフと休止機能の信頼性を兼ね備えています。Windows XP の場合、休止状態では、システム メモリの内容がハード ディスクに保存され、システムの電源がオフになります。また、スタンバイ状態では、メモリの内容が少ない電力で維持され、システムの残りの部分で電源がオ フになります。

    一方 Windows Vista の "ハイブリッド" スリープでは、システム メモリの内容がハード ディスクに保存され、同時にシステムはスタンバイ状態に入ります。したがって、システムはシステム メモリから迅速に再開することが可能です (Windows Premium 対応 PC の場合は 2 秒未満)。一方、バッテリの完全消耗や電源の切断によりシステム メモリの内容が失われても、ハード ディスクからシステムを再開することができます。

       ハイブリッドのスリープ モードは WDDM を必要とします。

新しいグラフィックス API

WDDM により、多くのグラフィカル リソース 管理機能が実装されます。これらの機能は、開発者が使用する Direct3D9x や Direct3D10 の API が適切に機能するために不可欠です。

  • 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 アプリケーション、接続型アプリケーション、およびコンテンツを開発する次世代の Windows クライアント開発プラットフォームです。このプラットフォームにより、さまざまな開発者が、低レベルのグラフィックス プログラミング コンストラクトを意識せずに、GPU の処理能力を活用できるようになります。そのため、デザイナおよび開発者は、高度で魅力的なユーザー エクスペリエンスを提供するユーザー インターフェイスやコンテンツを簡単に構築することができます。結果として、ユーザーを引き付けるエクスペリエンス、データの詳細なビジュアル化、リーダ ビリティの向上を特徴とする、新世代のローカル アプリケーションや Web ベース アプリケーションが誕生するのもそう遠くはないと考えられます。

    Windows Presentation Foundation は Windows XP SP2 や Server 2003 バージョンでも使用できますが、Windows Vista では、より確実に複数の WPF アプリケーションを同時実行できる WDDM のスケーラビリティの恩恵を受けることができます。

  • ゲーム用コンソールに匹敵する簡素化

    Direct3D10 は新しい Direct3D API であり、次世代 3D 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します。この API が豊かな表現力を発揮するためには、WDDM のリソース管理機能が必要です。Direct3D10 API には、次のような主なメリットがあります。

    • 汎用 GPU プログラミング   モデル   GPU プログラミングの境界が取り除かれたことにより (これにも WDDM リソース管理機能が貢献)、次世代 3D グラフィックスおよび一般的な用途の両方で使用できる強力な GPU プログラミング モデルが実現されました。一般的な用途の場合でも、イメージ処理など高度な並列処理を利用できます。

    • ハードウェア機能の一貫性    コンソールの場合と同様に、開発者は Direct3D10 対応ハードウェアの機能を 1 つ 1 つ確認する必要はありません。つまり、D3D9.x を実行するハードウェア構成を区別する許可ビットは存在しなくなります。これにより、ソフトウェアの実装は簡単になります。

    • 視覚効果    開発者は、ジオメトリ シェーダやストリーム アウトなどの機能を使用して、現在次世代コンソールによって提供されている視覚効果を超える、生き生きとした写実的なグラフィックスを作成することができます。

    • システム   パフォーマンスの向上    CPU の必要に応じ、処理を一貫してオフロードすることができるため、パフォーマンスが向上します。

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