Uno degli obiettivi principali delle DirectX 10 è quello di ridurre in modo significativo il sovraccarico della CPU nelle operazioni di rendering. Le DirectX 10, perciò, presentano tre modi per risolvere questo problema. Anzitutto il costo, in termini di cicli di CPU, delle chiamate di drawing e di cambiamento di stato è stato ridotto attraverso una riprogettazione completa delle parti di codice critiche del core delle API. Sono state poi introdotte nuove feature per ridurre la dipendenza dalla CPU ed, infine, ulteriori nuove funzionalità sono state aggiunte per permettere di eseguire più compiti con un solo comando.

La nuova architettura delle DirectX 10 prevede una maggiore vicinanza a quelle che sono le caratteristiche dell'hardware grafico, permettendo così di sfruttare meglio le caratteristiche di quest'ultimo. Molte funzionalità legacy, integrate per compatibilità nelle API attuali sono state rimosse completamente, nel segno dell'efficienza e di un runtime più leggero.

Le ottimizzazioni integrate nelle DirectX 10 partono dal miglioramento dell'esecuzione del task della validazione. Tale processo assicura che i dati e le istruzioni inviati dall'applicazione siano correttamente formattati e non siano causa di potenziali problemi per la scheda grafica.

Come si può vedere dalla tabella, nelle API DirectX 9 il processo di validazione viene chiamato per ogni esecuzione del gioco. Con le DirectX 10, invece, tale processo viene eseguito una sola volta, durante il processo di creazione delle risorse e non durante l'esecuzione di ogni ciclo del gioco.

Fra le nuove caratteristiche introdotte con le DirectX 10 ne troviamo ancora molte altre utili a ridurre l'intervento della CPU. Texture arrays, predicated draw e stream out sono quelle di cui parleremo nelle prossime righe.

La tecnologia texture arrays, permette di immagazzinare fino a 512 texture in un array. Per la gestione di questa struttura sono state anche implementate nuove istruzioni, gestite direttamente dalla GPU, che permettono ad un programma di indicizzare dinamicamente le texture nell'array.

La funzione che va sotto il nome di predicated draw è nuovamente realizzata senza richiedere l'intervento della CPU. Nelle scene 3D tipiche, molti oggetti sono spesso nascosti da altri oggetti. In questi casi, andare a disegnare gli oggetti nascosti richiede risorse che saranno poi sprecate, in quanto la presenza o meno del determinato oggetto non ha nessuna influenza visiva sulla scena finale. Le GPU moderne utilizzano vari algoritmi per determinare quali sono gli oggetti o parte di essi che non serve renderizzare in quanto non risulteranno visibili. Ma, comunque sia, accade sempre che qualche oggetto sfugga ai suddetti metodi. Per prevenire ulteriormente tale spreco di risorse gli sviluppatori utilizzano una tecnica chiamata appunto predicated draw (oppure occlusion query), nella quale gli oggetti complessi sono disegnati in prima approssimazione come fossero una semplice scatola. Se il disegno della scatola non ha effetti sull'immagine finale, l'oggetto complesso non è disegnato affatto. Con le API DirectX 9 e precedenti, la soluzione della occlusion query era realizzata utilizzando sia risorse di CPU che di GPU. Con le DirectX 10, come è facile immaginare, questo processo passa interamente in mano alla GPU.

Con le API precedenti alle DirectX 10, gli stati erano gestiti in modo molto elaborato e preciso. Uno stato definisce il comportamento delle varie parti della pipeline grafica. Per esempio, nel vertex shader, lo stato del layout del buffer dei vertici definisce il formato dei vertici di ingresso. Più in generale, gli stati aiutano a definire i diversi formati dei vertici e delle texture ed il comportamento delle parti fisse delle funzioni della pipeline. Con il modello di gestione degli stati nelle DirectX 9, il programmatore gestisce gli stati a basso livello e questo fa si che siano necessari molti cambiamenti di stato per riconfigurare tutta la pipeline. Tutto questo causa un elevato overhead sulla CPU. Inoltre, le applicazioni 3D utilizzano i comandi per le gestione degli stati in rapida successione, ma nelle DirectX 9 manca completamente un modo per realizzare tale sequenza in modalità batch. Questo crea un accumulo di sovraccarico sulla CPU che determina subito un limite alle performance. Le DirectX 10 introducono due nuovi costrutti, in tal senso, denominati state objects e constant buffers. Questi, in poche parole, permettono di eseguire in modalità batch le operazioni più comuni riducendo notevolmente il costo della gestione degli stati.

Per rendere i cambiamenti di stato più efficienti, le DirectX 10 implementano un nuovo modello che prevede la gestione a più alto livello, usando appunto gli state objects. La grande varietà di stati presenti nelle DirectX 9 è stata consolidata, nelle DirectX 10, in soli cinque state objects: InputLayout (vertex buffer layout), Sampler, Rasterizer, DepthStencil e Blend. Questi state objects catturano le proprietà essenziali dei vari stadi della pipeline permettendo di effettuare un cambiamento di stato, che prima richiedeva un certo numero di comandi, con una sola chiamata. Questo permette ancora di ridurre il sovraccarico sulla CPU.

L'altra funzionalità interessante introdotta con le DirectX 10, influisce sull'utilizzo delle costanti. Con questo termine vengono indicati i parametri dotati di un valore predefinito che vengono utilizzati in tutti i programmi di shader. Per esempio, il numero di luci di una scena, la loro intensità, il colore ed la posizione sono definiti tutti come costanti.

In un gioco, le costanti sono spesso aggiornate ad un diverso valore al fine di riflettere i cambiamenti dell'ambiente o dei caratteri. Proprio a causa dell'elevato numero di costanti necessarie e del frequente aggiornamento del loro valore, queste sono causa di un ulteriore overhead sulle API. Con le DirectX 10, i constant buffers permettono di salvare fino a 4096 costanti in un buffer che può essere aggiornato tutto con una sola chiamata.

Grazie a tutti questi miglioramenti, le DirectX 10 richiedono un minore intervento della CPU nella creazione di una scena 3D. Nel grafico qui sopra possiamo osservare l'influenza sulle varie funzionalità delle nuove features come lo stream output, il texture arrays ed il predicated draw.