Alocação versus uso de VRAM da GPU: residência no D3D12, paginação de RAM via PCIe e travamentos

Introdução: A crise de capacidade de VRAM nos jogos modernos para PC

Com a migração generalizada dos motores gráficos para APIs modernas de baixo overhead, como Direct3D 12 e Vulkan, o consumo de memória de vídeo (VRAM) tornou-se um dos maiores pontos de estrangulamento nos computadores. Texturas em altíssima definição, malhas geométricas complexas, estruturas BVH (Bounding Volume Hierarchy) de ray tracing, buffers de geração de quadros (Frame Generation) e alvos de renderização de upscalers temporais exigem volumes inéditos de memória dedicada da placa de vídeo.

Ao mesmo tempo, impera uma grande confusão sobre as métricas exibidas por utilitários de monitoramento como MSI Afterburner, RTSS ou o Gerenciador de Tarefas do Windows. Muitos usuários entram em pânico ao ver «11,5 GB de uso de VRAM» em uma GPU de 12 GB, acreditando que o jogo está prestes a travar. Por outro lado, jogadores com placas de 8 GB observam médias de quadros aceitáveis, mas sofrem quedas abismais no 1% Low (taxas despencando de 90 FPS para 8 FPS) ao girar a câmera bruscamente.

Compreender a diferença técnica fundamental entre VRAM alocada ou reservada (Allocation) e uso dinâmico real (Utilization / Working Set), bem como a mecânica de residência de memória do Direct3D 12 e a paginação pela interface PCIe, é o pilar indispensável para diagnosticar e eliminar travamentos e micro-stutters.

Alocação versus uso real: Separando as métricas de memória

A maior causa de diagnósticos incorretos de desempenho está em tratar a reserva antecipada feita pela engine como consumo ativo de dados na tela:

1. VRAM Alocada ou Reservada (Committed / Allocated VRAM): Motores modernos — como a Unreal Engine 5 e a RE Engine — adotam estratégias agressivas de cache na memória GDDR. Para evitar acionar continuamente chamadas do sistema operacional solicitando blocos de memória a cada nova textura, o motor gráfico reserva de uma só vez grandes áreas de memória (por meio de ID3D12Heap ou pools do Vulkan) na inicialização. Em GPUs de 8 GB ou 16 GB, a engine pode travar preventivamente de 80% a 90% da capacidade física total como buffer. Softwares de monitoramento reportam todo esse espaço reservado como «VRAM em uso», mesmo que 30% a 40% dessas páginas estejam vazias, servindo apenas de espaço de manobra.
2. Uso Dinâmico Real (Actual In-Use / Dynamic Working Set): Este valor mensura com exatidão os dados que os núcleos de sombreamento e a rasterização precisam obrigatoriamente ler e gravar para desenhar o quadro atual. Em uma cena com 11 GB de VRAM alocada, o conjunto de dados em uso instantâneo pelos shaders pode ser de apenas 6,2 GB.
3. A armadilha do limite elástico de alocação: Os algoritmos das engines expandem ou encolhem as reservas de acordo com a placa instalada. Uma mesma cena pode exibir 18 GB alocados em uma RTX 4090 de 24 GB, mas limitar-se a 10,5 GB em uma RTX 4070 de 12 GB mantendo qualidade visual equivalente. Uma alocação alta não é sinônimo de problema; trata-se de um comportamento padrão de cache.

Gerenciamento de residência no Direct3D 12 e fluxo de despejo

Em APIs mais antigas, como o Direct3D 11, o driver de vídeo gerenciava silenciosamente a movimentação de dados entre a VRAM e a memória RAM. No Direct3D 12, o controle da residência física de memória (Residency Management) passou a ser responsabilidade direta dos desenvolvedores do jogo:

[Fila de comandos da GPU: Renderizando o quadro ativo]
           │
           ▼
[ID3D12Pageable: Checagem de residência física dos recursos]
           │
           ├─────────────────────────────────────────┐
           │                                         │
           ▼                                         ▼
[Página residente na memória GDDR rápida]  [Página despejada: Limite físico de VRAM atingido]
(Largura de banda: 504 a 1.008 GB/s)      (O Windows transfere a página para a RAM DDR4/DDR5)
(Latência: Nanissegundos, acesso imediato)                 │
                                                           ▼
                                            [Gargalo crítico no barramento PCIe]
                                            (PCIe 4.0 x16: Máximo teórico de 31,5 GB/s)
                                            (Interrupção da GPU / Travamentos severos)

A interface ID3D12Pageable e o método MakeResident

No D3D12, todos os elementos que ocupam espaço físico implementam a interface ID3D12Pageable. Antes que a GPU execute comandos de renderização que usem uma textura ou buffer de vértices:

• A engine precisa executar a chamada MakeResident, garantindo que os blocos de dados estejam fisicamente mapeados na VRAM local.
• Quando a necessidade total de dados ultrapassa a quantidade de memória da placa, o runtime do Direct3D realiza o despejo (Eviction) por meio do método Evict.
• Recursos acessados com menor frequência (como texturas de objetos distantes ou buffers secundários) são retirados da memória GDDR e transferidos (Paging) para a memória RAM do computador pelo barramento PCIe.

O colapso da paginação via PCIe: Por que o estouro gera travamentos

Quando o conjunto real de texturas e dados ativos supera o tamanho da VRAM e a placa é forçada a buscar dados continuamente na memória RAM do sistema (Overcommitment Paging), o desempenho não cai de forma sutil — ele sofre interrupções brutais:

1. O abismo da largura de banda:
   • A VRAM dedicada (GDDR6 ou GDDR6X) entrega larguras de banda massivas de 504 GB/s a 1.008 GB/s por meio de barramentos amplos de 192 a 384 bits.
   • A memória RAM DDR5 a 6.000 MT/s em dual-channel fornece cerca de 80 GB/s a 96 GB/s.
   • O gargalo definitivo é o slot PCIe 4.0 x16 da placa-mãe, cuja taxa de transferência máxima teórica é de apenas 31,5 GB/s.
2. Travamento do pipeline da GPU (Pipeline Stall): Se as unidades de processamento da placa precisarem processar uma textura que foi jogada para a memória RAM, todos os núcleos de cálculo precisam parar e aguardar a transferência lenta pelo barramento PCIe. Uma tarefa que levaria 10 milissegundos passa a exigir mais de 90 milissegundos, gerando uma pausa nítida na tela (micro-freeze).
3. Vulnerabilidade do Ray Tracing: As árvores BVH de traçado de raios exigem acesso instantâneo. Se a estrutura de geometria do ray tracing transbordar para a memória do sistema, a taxa de quadros despenca de forma irrecuperável e falhas de dispositivo perdido (D3D Device Lost) podem fechar o jogo subitamente.

Matriz de diagnóstico: Como diferenciar cache seguro de estouro real

Para identificar se o consumo de memória reflete um comportamento seguro de cache ou uma crise de paginação para a RAM, use a tabela diagnóstica abaixo:

Ao avaliar o momento de trocar de placa de vídeo ou ajustar opções gráficas exigentes, consultar os relatórios técnicos do 365Finds permite identificar os gargalos reais do sistema sem se prender a números ilusórios. Separar a memória pré-alocada dos dados em uso instantâneo é a melhor maneira de garantir partidas fluidas e livres de travamentos em qualquer setup.

Referências

• Memory Management in Direct3D 12 - Win32 apps | Microsoft Learn
• Residency - Win32 apps | Microsoft Learn
• DXGI Overview - Win32 apps | Microsoft Learn
• Steam Support :: Hardware and System Requirements