Нова статия: GeForce RTX вече не е нужен? Тестове на трасировка на лъчи на ускорители GeForce GTX 10 и 16

След като NVIDIA показа проследяване на лъчи в реално време на видеокартите от серия GeForce RTX, трудно е да се съмняваме, че именно тази технология (в разумна комбинация с алгоритъма за растеризация) представлява бъдещето на компютърните игри. Въпреки това, графичните процесори, базирани на архитектурата Turing със специализирани RT ядра, до скоро се считаха за единствената категория дискретни GPU, разполагаща с необходимата изчислителна мощ.

Както показват тестовете на първите игри, усвоили Ray Tracing (Battlefield V, Metro Exodus и Shadow of the Tomb Raider), дори ускорителите GeForce RTX (особено най-малкият от тях — RTX 2060) изпитват съществено спадане на честотата на кадрите при хибридно рендериране. Въпреки първоначалните успехи, проследяването на лъчи в реално време все още не може да се счита за зряла технология. Само когато не само най-предавите и скъпи устройства, но и графичните карти от средния ценови сегмент достигнат предишните стандарти за производителност в игрите от новата вълна, ще можем да обявим, че промяната на парадигмата, инициирана от Дженсен Хуанг, най-накрая се е случила.

Проследяване на лъчи на 'Паскалите' — за и против

Но вече сега, докато все още не е казана нито дума за бъдещия наследник на архитектурата Turing, NVIDIA реши да ускори напредъка. На събитието GPU Technology Conference миналия месец зелената команда обяви, че ускорителите на чипове Pascal, както и по-малките представители на семейството Turing (серия GeForce GTX 16), ще получат функция за проследяване на лъчи в реално време наред с продуктите с марка RTX. Днес обещаният драйвер вече може да бъде изтеглен от официалния сайт на NVIDIA, а списъкът с устройства включва модели от семейството GeForce 10, започвайки от GeForce GTX 1060 (версия 6 Гбайт), професионалния ускорител TITAN V на чип Volta, и разбира се, новите модели от средния ценови клас на чип TU116 — GeForce GTX 1660 и GTX 1660 Ti. Актуализацията засягаше и лаптопи с подходящи GPU.

От техническа гледна точка тук няма нищо свръхестествено. Графичните процесори с унифицирани шейдерни блокове можеха да изпълняват Ray Tracing отдавна преди появата на архитектура Turing, макар че по това време нямаше достатъчна производителност, за да бъде тази възможност търсена в игрите. Освен това, липсваше единен стандарт за софтуерни методи, освен затворени API, подобни на разработката на NVIDIA OptiX. Сега, когато съществува разширение DXR за Direct3D 12 и подобни библиотеки в интерфейса за програмиране Vulkan, игровият двигател може да се свърже с тях независимо дали графичният процесор е оборудван със специализирана логика — стига драйверът да предоставя такава възможност. Чиповете Turing имат отделни RT-ядра за тази цел, а в GPU архитектурата Pascal и процесорът TU116 трасировката на лъчите е реализирана в формат на общи изчисления на масив от шейдерни ALU.

Въпреки това, всичко, което знаем за архитектурата Turing от самата NVIDIA, показва, че Pascal не е подходящ за приложения с поддръжка на DXR. По време на презентацията от миналата година, посветена на флагманските модели от семейството Turing — GeForce RTX 2080 и RTX 2080 Ti — инженерите представиха следните цифри. Ако поставите всички ресурси на най-добрата от потребителските видеокарти от предишното поколение — GeForce GTX 1080 Ti — за изчисления на трасировка на лъчите, то крайната производителност няма да надвиши 11% от това, на което теоретично може да се справи RTX 2080 Ti. Не по-малко важно е, че свободните CUDA-ядра на чипа Turing също могат да се използват за паралелна обработка на други компоненти на изображението — за изпълнение на шейдерни програми, опашки за не-графични изчисления на Direct3D при асинхронно изпълнение и т.н.

В реалните игри ситуацията е по-сложна, тъй като разработчиците използват функциите на DXR дозирано на съществуващото оборудване, а по-голямата част от изчислителната натовареност все още се състои от растеризация и инструкции на шейдерите. Освен това част от различните ефекти, които се създават с помощта на трасировка на лъчи, се изпълняват доста добре и на CUDA-ядрата на Pascal. Например, огледалните повърхности в Battlefield V не предвиждат вторично отразяване на лъчи и следователно представляват допустимо натоварване за мощните графични карти от предишното поколение. Същото важи и за сенките в Shadow of the Tomb Raider, макар че рендеринга на сложни сенки, създадени от няколко светлинни източника, вече е по-сложна задача. А глобалното осветление в Metro Exodus трудно се реализира дори от „Тюринга“ и от Pascal не може да се очакват по никакъв начин сравними резултати.

Каквото и да казваш, става въпрос за многократна разлика в теоретичното быстродействие между представители на архитектурата Turing и техните най-близки аналози на кремний Pascal. В полза на Turing играе не само наличието на RT-ядра, но и многобройните подобрения с общ характер, характерни за ускорителите от ново поколение. Така, чиповете Turing могат паралелно да извършват операции с реални (FP32) и целочислени (INT) данни, притежават голям обем локална кеш-памет и отделни CUDA-ядра за изчисления с намалена точност (FP16). Всичко това означава, че Turing не само се справя по-добре с шейдерните програми, но и може сравнително ефективно да изчислява трасировката на лъчи без специализирани блокове. Защото толкова ресурсноемкия рендеринг с помощта на Ray Tracing не се дължи само на намирането на пресичания между лъчи и елементи на геометрията (с които се занимават RT-ядрата), а и на изчислението на цвета в точката на пресичане (shading). И между другото, изброените предимства на архитектурата Turing напълно се отнасят и за GeForce GTX 1660 и GTX 1660 Ti, макар че в чипа TU116 няма RT-ядра, така че тестовете на тези графични карти с програмна трасировка на лъчи представляват отделен интерес.

Но давайте оставим теорию и посмотрим на данные о производительности «Паскалей» (а также младших «Тьюрингов») в Battlefield V, Metro Exodus и Shadow of the Tomb Raider на основе собственных измерений. Обратите внимание, что ни драйвер, ни сами игры не регулируют количество лучей для снижения нагрузки на GPU без RT-ядер, и, следовательно, качество эффектов на GeForce GTX и GeForce RTX должно быть одинаковым.

Тестова конфигурация, методика на тестиране

Показатели средней и минимальной кадровой частоты рассчитываются на основе массива времени рендеринга отдельных кадров, который фиксирует встроенный бенчмарк (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) или утилита OCAT, если в игре его нет (Battlefield V).

Средняя частота смены кадров на диаграммах является величиной, обратной среднему времени кадра. Для оценки минимальной кадровой частоты вычисляется количество кадров, сформированных за каждую секунду теста. Из этого массива чисел выбирается значение, соответствующее 1-му процентилю распределения.

Участници в тестването

В тестировании производительности принимали участие следующие видеокарты:

• NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti Founders Edition (1350/14000 MHz, 11 GB);
• NVIDIA GeForce GTX 2080 Founders Edition (1515/14000 MHz, 8 GB);
• NVIDIA GeForce RTX 2070 Founders Edition (1410/14000 MHz, 8 GB);
• NVIDIA GeForce RTX 2060 Founders Edition (1365/14000 МГц, 6 ГБ);
• NVIDIA GeForce GTX 1660 Ti (6 ГБ);
• NVIDIA GeForce GTX 1660 (6 ГБ);

• NVIDIA GeForce GTX 1080 Ti (1480/11000 МГц, 11 ГБ);
• NVIDIA GeForce GTX 1080 (1607/10000 МГц, 8 ГБ);
• NVIDIA GeForce GTX 1070 Ti (1608/8008 МГц, 8 ГБ);
• NVIDIA GeForce GTX 1070 (1506/8008 МГц, 8 ГБ);
• NVIDIA GeForce GTX 1060 (1506/9000 МГц, 6 ГБ).

Battlefield V

Поскольку Battlefield V сама по себе является довольно нетребовательной игрой (особенно в разрешениях 1080p и 1440p), а трассировка лучей в ней применяется фрагментарно, испытания GeForce 10-й серии с опцией DXR принесли обнадеживающие результаты. Тем не менее, из всех моделей без поддержки Ray Tracing на уровне кремния мы смогли протестировать только GTX 1070/1070 Ti и GTX 1080/1080 Ti. Игры Electronic Arts подозрительно реагируют на частую смену конфигурации оборудования и блокируют пользователя на срок до нескольких суток. Поэтому результаты тестирования GeForce GTX 1060 и двух устройств серии GeForce GTX 16 появятся в этой статье позже, как только Battlefield V снимет ограничения с нашей тестовой машины.

В процентно изражение все участници в теста изпитват приблизително еднакво спадане на производителността при различни настройки на качеството на трасировката на лъчи, независимо от резолюцията на екрана. Така, производителността на видеокартите с марка GeForce RTX 20 намалява с 28–43 % при ниско и средно качество на ефектите DXR, а при високо и максимално — с 37–53 %.

Ако става въпрос за по-високите модели от семейството GeForce 10, на нивата на трасировката на лъчи Low и Medium играта губи от 36 до 42 % FPS, а при високо качество (настройки High и Ultra) DXR поглъща вече 54–67 % от честотата на смяна на кадрите. Забележете, че в много, ако не и в повечето игрови сцени в Battlefield V, няма изразима разлика между настройките Low и Medium, както и между High и Ultra — нито по яснотата на изображението, нито по производителността. В надеждата, че графичните процесори Pascal ще бъдат по-чувствителни към този параметър, проведохме тестове при всички четири настройки. И наистина, се проявиха определени разлики, но само при резолюция 2160p и в рамките на 6% FPS.

В абсолютни стойности, всеки от по-високите ускорители на чиповете Pascal може да поддържа кадрова честота над 60 FPS в режим 1080p при намалено качество на отразяванията, а GeForce GTX 1080 Ti претендира за аналогичен резултат дори при трасировка на ниво High. Но щом преминем към резолюция 1440p, едва само GeForce GTX 1080 и GTX 1080 Ti осигуряват комфортен фреймрейт над 60 FPS при качество на трасировката на лъчи Low или Medium, а в режим 4К нито една от картите от предишното поколение не разполага с подходяща изчислителна мощност (както, впрочем, и всеки Turing с изключение на флагманския GeForce RTX 2080 Ti).

Ако търсите паралели между конкретните ускорители с марка GeForce GTX 10 и GeForce RTX 20, то най-добрата модел на предишното поколение (GeForce GTX 1080 Ti), който в задачите на стандартното рендериране без DXR е аналог на GeForce RTX 2080, е понижен до нивото на GeForce RTX 2070 при намалено качество на трасировката на лъчи, а при високо може да се бори само с GeForce RTX 2060.

Източник: 3dnews.ru