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

След като NVIDIA демонстрира рендериране с рейтрейсинг в реално време на видеокартите от серията GeForce RTX, трудно може да се съмняваме, че именно тази технология (в разумно съчетание с алгоритъма за растеризация) е бъдещето на компютърните игри. Въпреки това, графичните процесори, базирани на архитектурата Turing с специализирани RT ядра, до неотдавна се считаха за единствената категория дискретни GPU, която разполага с необходимата изчислителна мощ.

Както показаха тестовете на първите игри, овладели Ray Tracing (Battlefield V, Metro Exodus и Shadow of the Tomb Raider), дори ускорителите GeForce RTX (особено най-малкият от тях - RTX 2060) изпитват значителен спад в честотата на кадрите при задачите на хибридно рендериране. Въпреки първоначалните успехи, рендерирането с рейтрейсинг в реално време все още не може да се смята за зряла технология. Само когато не само най-напредналите и скъпи устройства, но и графични карти от средния ценови клас постигнат предишните стандарти за производителност в новите игри, може да се обяви, че промяната на парадигмата, започната от Дженсен Хуан, най-накрая е настъпила.

Рейтрейсинг на "Pascal" — за и против

Но вече сега, докато все още не е казано нищо за бъдещия наследник на архитектурата Turing, NVIDIA реши да стимулира напредъка. На събитието GPU Technology Conference миналия месец, зелената команда обяви, че ускорителите на чиповете Pascal, както и по-малките представители на семейството Turing (серия GeForce GTX 16) ще получат функция за рендериране с рейтрейсинг в реално време, подобно на продуктите с марката RTX. Днес обещаният драйвер вече може да бъде изтеглен на официалния сайт на NVIDIA, а списъкът с устройства включва модели от семейството GeForce 10, започвайки от GeForce GTX 1060 (версия 6 ГБ), професионалния ускорител TITAN V на чип Volta, и разбира се новопристигналите модели от среден ценови клас на чип TU116 — GeForce GTX 1660 и GTX 1660 Ti. Актуализацията засяга и лаптопи с подходящи GPU.

От техническа гледна точка тук няма нищо свръхестествено. Графичните процесори с унифицирани шейдърни блокове можеха да изпълняват Ray Tracing много преди появата на архитектурата Turing, макар че по онова време не разполагаха с достатъчна производителност, за да бъде тази функция търсена в игрите. Освен това, липсваше единен стандарт за софтуерни методи, освен затворените API като фирмения NVIDIA OptiX. Сега, когато съществува разширението DXR за Direct3D 12 и аналогични библиотеки в програмния интерфейс Vulkan, игровият двигател може да се обръща към тях независимо от това дали графичният процесор е оборудван със специализирана логика — стига драйверът да предоставя такава възможност. Чиповете Turing за тази цел имат отделни RT-ядра, а в GPU архитектурата Pascal и процесора TU116 трасировката на лъчи е реализирана в формат на общи изчисления на масив от шейдърни ALU.

Въпреки това, всичко, което знаем за архитектурата Turing от самата NVIDIA, показва, че Pascal не е подходящ за приложения с поддръжка на DXR. В миналогодишната презентация, посветена на флагманските модели от семейството Turing — GeForce RTX 2080 и RTX 2080 Ti — инженерите предоставиха следните изчисления. Ако насочим всички ресурси на най-добрата потребителска видеокарта от миналото поколение — GeForce GTX 1080 Ti — към изчисленията на трасировката на лъчи, крайното представяне няма да надвиши 11 % от това, на което теоретично е способен RTX 2080 Ti. Не по-малко важно е, че свободните CUDA-ядра на чипа Turing могат по същото време да се използват за паралелна обработка на други компоненти на изображението — изпълнение на шейдерни програми, опашка за не-графични изчисления на Direct3D при асинхронно изпълнение и така нататък.

В реални игри ситуацията е по-сложна, тъй като разработчиците използват функциите на DXR дозирано на настоящия хардуер, а голяма част от изчислителната натовареност все още е свързана с растеризацията и шейдерните инструкции. Освен това част от различните ефекти, които се създават чрез трасировка на лъчи, могат да бъдат изпълнени добре и на CUDA ядрото на чиповете Pascal. Например огледалните повърхности в Battlefield V не предвиждат вторично отражение на лъчи, следователно, те представляват поносима натовареност за мощните видеокарти от предходно поколение. Същото се отнася и за сенките в Shadow of the Tomb Raider, въпреки че рендерирането на сложни сенки, формирани от няколко източника на светлина, вече представлява по-трудна задача. Докато глобалното осветление в Metro Exodus е трудно дори за „Тюринга“, и от Pascal не може да се очакват в някаква степен сравними резултати.

Каквото и да кажете, тук става дума за многократна разлика в теоретичната производителност между представителите 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 от общ характер, характерни за ускорителите от ново поколение. Така например чиповете Turing могат паралелно да извършват операции с реални (FP32) и цели (INT) данни, носят голям обем локална кеш памет и отделни CUDA ядра за изчисления с намалена прецизност (FP16). Всичко това означава, че Turing не само по-добре се справя с шейдерните програми, но и може сравнително ефективно да изчислява трасировката на лъчи, без специализирани блокове. В крайна сметка, толкова ресурсноемкото рендериране чрез Ray Tracing не се дължи само на и не толкова на търсене на пресичания между лъчи и елементи на геометрията (с които се занимават RT ядрата), а повече на изчислението на цвета в точката на пресичане (shading). Между другото, изброените предимства на архитектурата Turing напълно се отнасят и за GeForce GTX 1660 и GTX 1660 Ti, въпреки че в чипа TU116 няма RT ядра, поради което тестовете на тези видеокарти с софтуерна трасировка на лъчи представляват отделен интерес.

Но достатъчно с теорията, тъй като вече събрахме данни за производителността на „Паскалите“ (както и на по-младите „Тюрингове“) в Battlefield V, Metro Exodus и Shadow of the Tomb Raider на базата на наши собствени измервания. Забележете, че нито драйверът, нито самите игри не регулират броя на лъчите, за да намалят натоварването на GPU без RT ядра, следователно качеството на ефектите на GeForce GTX и GeForce RTX трябва да е идентично.

Тестов стенд, методика на тестиране

Показателите за средната и минималната кадрова честота са получени от масив на времето за рендериране на индивидуалните кадри, записан от вградения бенчмарк (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) или от инструмента OCAT, ако в играта го няма (Battlefield V).

Средната честота на смяна на кадрите в диаграмите е величина, обратна на средното време на кадър. За оценка на минималната кадрова честота се изчислява броят на кадрите, формулирани за всяка секунда от теста. От този масив числа се избира стойността, съответстваща на 1-вия процентил на разпределението.

Участници в теста

В тестването на производителността участваха следните видеокарти:

• 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 MHz, 6 GB);
• NVIDIA GeForce GTX 1660 Ti (6 GB);
• NVIDIA GeForce GTX 1660 (6 GB);

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

Battlefield V

Тъй като Battlefield V сама по себе си е сравнително ненатоварваща игра (особено в режимите 1080p и 1440p), а трасировката на лъчите в нея се прилага фрагментарно, тестовете с GeForce 10-а серия с опцията DXR донесоха обнадеждаващи резултати. Въпреки това, от всички модели без поддръжка на Ray Tracing на ниво силиций, бяхме принудени да ограничим тестовете си до моделите GTX 1070/1070 Ti и GTX 1080/1080 Ti. Игрите на Electronic Arts реагират подозрително на честите промени в конфигурацията на хардуера и блокират потребителите за период от един или няколко дни. Поради това измерванията на производителността на GeForce GTX 1060 и на двете устройства от серията GeForce GTX 16 ще се появят в тази статия по-късно, след като Battlefield V премахне ограниченията върху нашата тестова машина.

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

Когато става въпрос за по-високите модели от семейството GeForce 10, на нива на трасировка на лъчи Low и Medium, играта губи между 36 и 42 % FPS, а при високо качество (настройки High и Ultra) DXR отнема вече 54-67 % от честотата на кадрите. Забелязваме, че в много, ако не и в повечето игрови сцени на Battlefield V няма значителна разлика между настройките Low и Medium, както и между High и Ultra — нито по яснота на изображението, нито по производителност. В надежда, че графичните процесори Pascal ще бъдат по-чувствителни към този параметър, провеждаме тестове при всички четири настройки. И наистина, проявиха се определени разлики, но само при резолюция 2160p и в рамките на 6% FPS.

В абсолютни показатели всеки от старшите ускорители на чиповете Pascal може да поддържа честота на кадрите над 60 FPS в режим 1080p при намалено качество на отраженията, а GeForce GTX 1080 Ti претендира за аналогичен резултат дори при трасировка на ниво High. Но когато преминем към резолюция 1440p, само GeForce GTX 1080 и GTX 1080 Ti осигуряват комфортен фреймрейт на ниво 60 FPS и повече при качество на трасировка на лъчи Low или Medium, а в режим 4K никоя от картите от миналото поколение не разполага с подходяща изчислителна мощност (както и всяка Turing, с изключение на флагманския GeForce RTX 2080 Ti).

Ако търсите паралели между конкретни ускорители от марката GeForce GTX 10 и GeForce RTX 20, то най-добрата модел на миналото поколение (GeForce GTX 1080 Ti), който в задачите на стандартното рендериране без DXR е аналог наGeForce RTX 2080, спадна на нивото на GeForce RTX 2070 при намалено качество на трасировката на лъчи, а при високо може да се конкурира само с GeForce RTX 2060.

Източник: 3dnews.ru