S prvou generáciou grafických kariet RTX v roku 2018 predstavila Nvidia svetu úplne novú funkciu, ktorá mala zmeniť prostredie hrania, ako ho poznáme. Prvá generácia grafických kariet série RTX 2000 bola založená na novej architektúre Turing a priniesla podporu pre Ray Tracing v reálnom čase v hrách. Ray Tracing už existoval v profesionálnych oblastiach 3D animácie a syntetiky, ale Nvidia priniesla podporu pre vykresľovanie hier v reálnom čase pomocou technológie Ray Tracing namiesto tradičnej rasterizácie, ktorá sa mala meniť. Rastrovanie je tradičná technika, pomocou ktorej sa hry vykresľujú, zatiaľ čo program Ray Tracing pomocou zložitých výpočtov presne zobrazuje, ako bude svetlo interagovať a správať sa v hernom prostredí, ako by to bolo v skutočnom živote. Môžete sa dozvedieť viac informácií o sledovaní a rastrovaní lúčov v tomto obsahu .
Ray Traced Reflections môže byť tou najpríjemnejšou aplikáciou Ray Tracing v hrách - Obrázok: Nvidia
V roku 2018 spoločnosť AMD nemala odpoveď na sériu grafických kariet Nvidia RTX a ich funkcie Ray Tracing. Červený tím jednoducho nebol pripravený na inovatívne uvedenie spoločnosti Nvidia na trh, a to spôsobilo, že ich špičkové ponuky boli v porovnaní s tímom Green výrazne znevýhodnené. AMD RX 5700 XT bola fantastická grafická karta za cenu 399 dolárov, ktorá sa vyrovnala výkonu 499 dolárov RTX 2070 Super. Najväčším problémom AMD však bola skutočnosť, že konkurencia ponúkala technológiu, ktorú nevlastnili. To spolu s rozmanitou sadou funkcií, podporou DLSS, stabilnými ovládačmi a celkovým vynikajúcim výkonom stavajú ponuky Nvidia do významnej výhody, pokiaľ ide o generáciu Turing vs RDNA.
Séria AMD RX 6000 s funkciou Ray Tracing
Rýchly posun vpred do roku 2020 a AMD konečne prinieslo boj o najlepšie ponuky spoločnosti Nvidia. Spoločnosť AMD nielen predstavila podporu pre Real-Time Ray Tracing v hrách, ale vydala aj 3 grafické karty, ktoré sú mimoriadne konkurencieschopné pre špičkové grafické karty od spoločnosti Nvidia. AMD RX 6800, RX 6800 XT a RX 6900 XT bojujú proti sebe s procesormi Nvidia RTX 3070, RTX 3080 a RTX 3090. AMD je konečne opäť konkurencieschopná na samom vrchole produktového radu, čo je sľubná správa aj pre spotrebiteľov.
Raytracing je jednou z kľúčových funkcií, ktoré AMD predstavilo pre túto generáciu - Obrázok: AMD
Ani pre AMD však veci nie sú úplne pozitívne. Aj keď spoločnosť AMD predstavila podporu pre sledovanie lúčov v reálnom čase v hrách, ich výkon pri sledovaní lúčov Ray Tracing získal vlažný ohlas u recenzentov aj u bežných spotrebiteľov. Je to pochopiteľné, pretože toto je prvý pokus AMD o Ray Tracing, takže by bolo trochu nespravodlivé očakávať od nich, že pri prvom pokuse podajú najlepší výkon Ray Tracingu. Vyvoláva však otázky, ako funguje implementácia Ray Tracing od spoločnosti AMD v porovnaní s implementáciou Nvidia, ktorú sme videli pri architektúre Turing a teraz Ampere.
Sada technológií RTX od spoločnosti Nvidia
Hlavným dôvodom, prečo sa pokus AMD zdá byť v porovnaní s pokusom spoločnosti Nvidia ohromujúci, je to, že AMD v podstate dohrávalo krok s Nvidiou a na vývoj a zdokonalenie implementácie Ray Tracing malo viac-menej iba 2 roky času. Na druhej strane Nvidia vyvíja túto technológiu oveľa dlhšie, pretože proti nej nemal kto konkurovať na samom vrchole produktovej skupiny. Nvidia nielenže poskytla podporu Ray Tracing pred AMD, ale mala okolo seba aj zabudovanú lepšiu podporu ekosystému.
Spoločnosť Nvidia navrhla svoju sériu grafických kariet RTX 2000 s primárnym zameraním na Ray Tracing. Je to zrejmé z celého návrhu samotnej architektúry Turing. Nvidia nielen znásobila počet CUDA jadier, ale pridala aj špeciálne vyhradené jadrá Ray Tracing známe ako „RT Cores“, ktoré zvládajú väčšinu výpočtov potrebných pre Ray Tracing. Nvidia tiež vyvinula technológiu známu ako „Deep Learning Super Sampling alebo DLSS“, čo je fantastická technológia, ktorá využíva hlboké učenie a AI na vykonávanie upscalingových a prestavovacích úloh a tiež na kompenzáciu straty výkonu Ray Tracingu. Spoločnosť Nvidia tiež predstavila špeciálne karty „Tensor Cores“ na kartách série GeForce, ktoré sú navrhnuté tak, aby pomáhali pri úlohách Deep Learning a AI, ako je DLSS. Okrem toho Nvidia tiež spolupracovala s hernými štúdiami na optimalizácii pripravovaných hier Ray Tracing pre vyhradený hardvér Nvidia tak, aby bolo možné maximalizovať výkon.
Pri sledovaní lúčov sa svetlo v hre správa ako v skutočnosti - Obrázok: Nvidia
RT jadrá spoločnosti Nvidia
RT alebo Ray Tracing Cores sú vyhradené hardvérové jadrá spoločnosti Nvidia, ktoré sú špeciálne navrhnuté tak, aby zvládli výpočtové pracovné zaťaženie spojené s real-time ray tracingom v hrách. Špeciálne jadrá pre Ray Tracing odoberajú veľké množstvo práce z jadier CUDA, ktoré sa venujú štandardnému vykresľovaniu v hrách, takže výkon nie je príliš ovplyvnený saturáciou využitia jadra. RT Cores obetujú všestrannosť a implementujú hardvér so špeciálnou architektúrou pre špeciálne výpočty alebo algoritmy na dosiahnutie vyšších rýchlostí.
Bežnejšie známe algoritmy akcelerácie Ray Tracing, ktoré sú bežne známe, sú BVH a Ray Packet Tracing a schematický diagram Turingovej architektúry tiež uvádza BVH (Bounding Volume Hierarchy) Transversal. RT Core je navrhnutý tak, aby identifikoval a urýchlil príkazy, ktoré sa týkajú vykreslenia Ray Traced v hrách.
Vysvetlenie RT Core - Obrázok: Nvidia
Podľa bývalého vedúceho architekta Nvidia Yubo Zhanga:
„[Preložené] Jadro RT v podstate pridáva do SM vyhradené potrubie (ASIC) na výpočet priesečníka lúčov a trojuholníkov. Môže pristupovať k BVH a konfigurovať niektoré vyrovnávacie pamäte L0 na zníženie oneskorenia prístupu k údajom BVH a trojuholníkom. Žiadosť podáva SM. Inštrukcia je vydaná a výsledok je vrátený do miestneho registra SM. Vkladaná inštrukcia a ďalšie aritmetické alebo pamäťové IO inštrukcie môžu byť súbežné. Pretože sa jedná o logiku obvodu špecifickú pre ASIC, výkon / mm2 sa dá zvýšiť rádovo v porovnaní s použitím shaderového kódu na výpočet križovatky. Aj keď som opustil NV, bol som zapojený do návrhu architektúry Turing. Bol som zodpovedný za zafarbenie s variabilnou rýchlosťou. Som nadšený, že teraz vidím vydanie. “
Nvidia tiež v Bielej knihe o Turingovej architektúre uvádza, že RT Cores spolupracujú s pokročilým filtrovaním odšumovania, vysoko účinnou štruktúrou akcelerácie BVH vyvinutou spoločnosťou NVIDIA Research a API kompatibilnými s RTX, aby sa dosiahlo sledovanie lúčov v reálnom čase na jednom Turingovom GPU. RT jadrá prechádzajú BVH autonómne a zrýchlením testov priechodu a lúčových / trojuholníkových križovatiek odľahčujú SM, čo mu umožňuje zvládnuť ďalšiu prácu s vrcholmi, pixelmi a výpočtami. Funkcie, ako je vytváranie a spätná montáž BVH, ovláda vodič a generovanie a tieňovanie lúčov riadi aplikácia pomocou nových typov shaderov. Toto umožňuje jednotkám SM vykonávať ďalšiu grafickú a výpočtovú prácu.
Ray's Accelerators spoločnosti AMD
Spoločnosť AMD vstúpila do série Ray Tracing so svojimi radami RX 6000 a tým predstavila aj niekoľko kľúčových prvkov architektonického dizajnu RDNA 2, ktoré pomáhajú s touto funkciou. Na zlepšenie výkonu sledovania lúčov GPU AMD RDNA 2 od spoločnosti AMD začlenila spoločnosť AMD do svojho základného návrhu výpočtovej jednotky komponent Ray Accelerator. Tieto lúčové akcelerátory majú zvýšiť účinnosť štandardných výpočtových jednotiek pri výpočtovej záťaži súvisiacej s trasovaním lúčov.
Mechanizmus fungovania Ray Accelerators je stále pomerne vágny, avšak AMD poskytlo určitý pohľad na to, ako majú tieto prvky fungovať. Podľa AMD majú tieto urýchľovače lúčov výslovný účel prekonať štruktúru ohraničenej objemovej hierarchie (BVH) a efektívne určovať priesečníky medzi lúčmi a rámčekmi (a prípadne trojuholníkmi). Dizajn plne podporuje DirectX Ray Tracing (Microsoft’s DXR), čo je priemyselný štandard pre PC Gaming. Okrem toho spoločnosť AMD využíva na elimináciu zrkadlových efektov scén vystopovaných lúčom odrušovač na báze výpočtovej techniky namiesto toho, aby sa spoliehala na účelový hardvér. Pravdepodobne to zvýši tlak na možnosti zmiešaných presností nových výpočtových jednotiek.
Vysvetlenie lúčových urýchľovačov - Obrázok: AMD
Ray Accelerators sú tiež schopné spracovať štyri križovatky ohraničeného objemového boxu alebo jeden trojuholníkový priesečník za sekundu, čo je oveľa rýchlejšie ako vykreslenie scény Ray Traced bez vyhradeného hardvéru. Prístup spoločnosti AMD má veľkú výhodu v tom, že RT akcelerátory RDNA 2 môžu interagovať s kartou Infinity Cache. Do medzipamäte je možné uložiť veľké množstvo štruktúr obmedzeného zväzku súčasne, takže je možné niektoré zaťaženie odobrať zo správy údajov a z buniek na čítanie pamäte.
Kľúčový rozdiel
Najväčší rozdiel, ktorý je okamžite zrejmý pri porovnaní RT Cores a Ray Accelerators, je ten, že hoci obidve vykonávajú svoje funkcie pomerne podobne, RT Cores sú vyhradené samostatné hardvérové jadrá, ktoré majú jedinečnú funkciu, zatiaľ čo Ray Accelerators sú súčasťou štandardná štruktúra výpočtovej jednotky v architektúre RDNA 2. Nielen to, jadrá Nvidia RT Cores sú na ich druhej generácii s Ampere s mnohými technickými a architektonickými vylepšeniami pod kapotou. Vďaka tomu je implementácia RTU Nvidia oveľa efektívnejšou a výkonnejšou metódou sledovania lúčov ako implementácia AMD s Ray Accelerators.
Pretože v každej výpočtovej jednotke je zabudovaný jediný urýchľovač lúčov, AMD RX 6900 XT dostane 80 lúčových urýchľovačov, 6800 XT 72 lúčových urýchľovačov a RX 6800 60 lúčových urýchľovačov. Tieto čísla nie sú priamo porovnateľné s číslami RT Core od spoločnosti Nvidia, pretože ide o vyhradené jadrá vyrobené s ohľadom na jedinú funkciu. Model RTX 3090 dostane 82 2ndJadrá Gen RT, model RTX 3080 získa 60 2ndGen RT Cores a RTX 3070 dostanú 46 2ndGen RT Cores. Nvidia má tiež na všetkých týchto kartách samostatné jadrá tenzorov, ktoré pomáhajú pri strojovom učení a aplikáciách umelej inteligencie, ako je DLSS, o ktorých sa dozviete viac. v tomto článku .
V každej výpočtovej jednotke v RDNA 2 je zabudovaný jeden lúčový akcelerátor - Obrázok: AMD
Budúca optimalizácia
V tejto chvíli je ťažké povedať, čo prinesie budúcnosť v Ray Tracing pre Nvidia a AMD, ale analýzou súčasnej situácie je možné urobiť niekoľko poučných odhadov. V čase písania tohto článku mala Nvidia v porovnaní s ponukami AMD celkom významný náskok vo výkonnosti sledovania lúčov. Aj keď AMD urobila pre RT impozantný začiatok, v oblasti výskumu, vývoja, podpory a optimalizácie zaostáva za spoločnosťou Nvidia o dva roky. Nvidia zamkla väčšinu titulov Ray Tracing práve v roku 2020, aby mohla využívať dedikovaný hardvér spoločnosti Nvidia lepšie ako to, čo dala dohromady AMD. To v kombinácii so skutočnosťou, že jadrá RT od spoločnosti Nvidia sú vyspelejšie a výkonnejšie ako procesory Ray Accelerators od spoločnosti AMD, sú pre spoločnosť AMD v súčasnej situácii Ray Tracing nevýhodou.
AMD sa tu však rozhodne nezastavuje. Spoločnosť AMD už oznámila, že pracuje na alternatíve AMD k DLSS, ktorá predstavuje výraznú pomoc pri zlepšovaní výkonu technológie Ray Tracing. Spoločnosť AMD tiež spolupracuje s hernými štúdiami na optimalizácii pripravovaných hier pre ich hardvér, čo sa ukazuje v tituloch ako GodFall a Dirt 5, kde si karty AMD RX 6000 dosahujú prekvapivo dobré výsledky. Preto môžeme očakávať, že podpora AMD Ray Tracing bude s nadchádzajúcimi titulmi a vývojom nadchádzajúcich technológií, ako je alternatíva DLSS, stále lepšia.
Z tohto dôvodu je sada RTX Suite od spoločnosti Nvidia príliš silná na to, aby ju mohol ignorovať každý, kto hľadá skutočný výkon funkcie Ray Tracing. Našim štandardným odporúčaním bude nová séria grafických kariet RTX 3000 od spoločnosti Nvidia nad sériami AMD RX 6000 pre každého, kto považuje Ray Tracing za dôležitý faktor pri rozhodovaní o kúpe. To sa môže a malo zmeniť s budúcimi ponukami AMD, ako aj s vylepšeniami ovládačov a optimalizáciou hier, ako bude plynúť čas.
Pripravované hry, ktoré podporujú RTX aj DLSS - Obrázok: Nvidia
Záverečné slová
Spoločnosť AMD konečne skočila na scénu Ray Tracing zavedením svojich grafických kariet série RX 6000 založených na architektúre RDNA 2. Aj keď neporazili karty série Nvidia RTX 3000 v priamych testoch Ray Tracing, ponuky AMD poskytujú extrémne konkurenčný rasterizačný výkon a pôsobivú hodnotu, čo môže osloviť hráčov, ktorí sa o Ray Tracing až tak nestarajú. AMD je však na dobrej ceste k zlepšeniu výkonu Ray Tracing pomocou niekoľkých kľúčových krokov v rýchlom slede.
Prístup spoločnosti Nvidia a AMD k Ray Tracingu je dosť podobný, ale obe spoločnosti na to používajú rôzne hardvérové techniky. Počiatočné testovanie ukázalo, že špecializované RT Cores od Nvidie prekonávajú Ray Ray Accelerators od AMD, ktoré sú zabudované do samotných výpočtových jednotiek. To nemusí byť pre koncového používateľa príliš dôležité, ale je to dôležité do budúcnosti, pretože vývojári hier teraz stoja pred rozhodnutím optimalizovať svoje funkcie RT pre jeden z týchto prístupov.
