Нова статия: GeForce RTX вече не е необходим? Тестове за проследяване на лъчи на ускорители GeForce GTX 10 и 16

След като NVIDIA демонстрира проследяване на лъчи в реално време на видеокарти от серията GeForce RTX, е трудно да се съмняваме, че тази технология (в разумна комбинация с алгоритъма за растеризация) е бъдещето на компютърните игри. Въпреки това графичните процесори, базирани на архитектурата Turing със специализирани RT ядра, доскоро се считаха за единствената категория дискретни графични процесори, които имат изчислителната мощност, подходяща за това.

Както показват тестовете на първите игри, които са усвоили Ray Tracing (Battlefield V, Metro Exodus и Shadow of the Tomb Raider), дори GeForce RTX ускорителите (особено най-младият от тях, RTX 2060) изпитват значителен спад в честотата на кадрите в задачи за хибридно рендиране. Въпреки ранните успехи, проследяването на лъчи в реално време все още не е зряла технология. Едва когато не само най-модерните и скъпи устройства, но и графичните карти от среден клас достигнат същите стандарти за производителност в новата вълна от игри, ще бъде възможно да се обяви, че промяната на парадигмата, стартирана от компанията на Дженсън Хуанг, най-накрая се е състояла.

Ray tracing в Pascals - плюсове и минуси

Но сега, въпреки че не е казана нито дума за бъдещия наследник на архитектурата Turing, NVIDIA реши да даде тласък на напредъка. На събитието GPU Technology Conference миналия месец зеленият екип обяви, че ускорителите на Pascal чипове, както и членовете от по-нисък клас на семейството Turing (GeForce GTX 16 серия), ще получат функционалност за проследяване на лъчи в реално време наравно с RTX -маркови продукти. Днес обещаният драйвер вече може да бъде изтеглен на официалния уебсайт на NVIDIA, а списъкът с устройства включва модели от семейството GeForce 10, като се започне с GeForce GTX 1060 (6 GB версия), професионалния ускорител TITAN V на чипа Volta, и, разбира се, новопристигнали модели в средната ценова категория на чипа TU116 - GeForce GTX 1660 и GTX 1660 Ti. Актуализацията засегна и лаптопи със съответните графични процесори.

От техническа гледна точка тук няма нищо свръхестествено. Графичните процесори с унифицирани шейдърни единици можеха да изпълняват Ray Tracing много преди появата на архитектурата Turing, въпреки че по това време не бяха достатъчно бързи, за да може тази възможност да бъде търсена в игрите. В допълнение, нямаше единен стандарт за софтуерни методи, различни от затворени API като патентованата NVIDIA OptiX. Сега, когато има DXR разширение за Direct3D 12 и подобни библиотеки в интерфейса за програмиране на Vulkan, двигателът на играта има достъп до тях, независимо дали GPU е оборудван със специализирана логика, стига драйверът да предоставя тази възможност. Чиповете на Turing имат отделни RT ядра за тази цел, а в GPU с архитектура Pascal и процесора TU116 проследяването на лъчи се реализира в изчислителен формат с общо предназначение върху масив от шейдърни ALU.

Въпреки това, всичко, което знаем за архитектурата Turing от самата NVIDIA, предполага, че Pascal не е подходящ за приложения с активиран DXR. В миналогодишната си презентация, посветена на водещите модели на семейството Turing - GeForce RTX 2080 и RTX 2080 Ti - инженерите представиха следните изчисления. Ако хвърлите всички ресурси на най-добрата потребителска графична карта от последно поколение - GeForce GTX 1080 Ti - в изчисления за проследяване на лъчи, получената производителност няма да надвишава 11% от това, на което RTX 2080 Ti е теоретично способна. Също толкова важно е, че безплатните CUDA ядра на чипа Turing могат в същото време да се използват за паралелна обработка на други компоненти на изображението - изпълнение на шейдърни програми, опашка от неграфични Direct3D изчисления по време на асинхронно изпълнение и т.н.

В реалните игри ситуацията е по-сложна, тъй като на съществуващия хардуер разработчиците използват DXR функции в дози, а лъвският дял от изчислителното натоварване все още се заема от инструкции за растеризация и шейдъри. В допълнение, някои от различните ефекти, които са създадени с помощта на проследяване на лъчи, също могат да бъдат изпълнени добре на CUDA ядрата на Pascal чипове. Например, огледалните повърхности в Battlefield V не предполагат вторично отражение на лъчите и следователно са възможен товар за мощни видеокарти от предишното поколение. Същото важи и за сенките в Shadow of the Tomb Raider, въпреки че изобразяването на сложни сенки, образувани от множество източници на светлина, вече е по-трудна задача. Но глобалното покритие в Metro Exodus е трудно дори за Turing и не може да се очаква Pascal да даде сравними резултати в каквато и да е степен.

Каквото и да се каже, говорим за многократна разлика в теоретичната производителност между представителите на архитектурата Turing и техните най-близки аналози на Pascal силиций. Освен това не само наличието на RT ядра, но и множество общи подобрения, характерни за ускорителите от ново поколение, играят в полза на Turing. По този начин чиповете Turing могат да извършват паралелни операции върху реални (FP32) и цели (INT) данни, да носят голямо количество локална кеш памет и отделни CUDA ядра за изчисления с намалена точност (FP16). Всичко това означава, че Тюринг не само се справя по-добре с програмите за шейдъри, но може също така да изчислява относително ефективно проследяване на лъчи без специализирани блокове. В края на краищата това, което прави изобразяването с помощта на Ray Tracing толкова ресурсоемко, е не само и не толкова търсенето на пресечни точки между лъчи и геометрични елементи (което RT ядрата правят), а изчисляването на цвета в пресечната точка (засенчване). И между другото, изброените предимства на архитектурата Turing напълно се отнасят за GeForce GTX 1660 и GTX 1660 Ti, въпреки че чипът TU116 няма RT ядра, така че тестовете на тези видеокарти със софтуерно проследяване на лъчи са от особен интерес.

Но достатъчно теория, защото вече сме събрали данни за представянето на „Pascals“ (както и на по-младите „Turings“) в Battlefield V, Metro Exodus и Shadow of the Tomb Raider въз основа на нашите собствени измервания. Обърнете внимание, че нито драйверът, нито самите игри коригират броя на лъчите, за да намалят натоварването на GPU без RT ядра, което означава, че качеството на ефектите на GeForce GTX и GeForce RTX трябва да бъде същото.

Стенд за изпитване, методика на изпитване

Индикаторите за средна и минимална честота на кадрите се извличат от масива от времена за рендиране на отделни кадри, който се записва от вградения бенчмарк (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) или помощната програма OCAT, ако играта няма такава (Бойно поле V).

Средната честота на кадрите в диаграмите е обратна на средното време за кадри. За да се оцени минималната честота на кадрите, се изчислява броят на кадрите, формирани във всяка секунда от теста. От този масив от числа се избира стойността, съответстваща на 1-ия процентил на разпределението.

Участници в теста

В тестовете за производителност 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

Поради факта, че самата Battlefield V е доста лека игра (особено в режими 1080p и 1440p) и използва проследяване на лъчи в кръпки, тестването на серията GeForce 10 с опцията DXR даде окуражаващи резултати. Въпреки това, от всички модели без поддръжка на Ray Tracing на ниво силикон, трябваше да се ограничим до моделите GTX 1070/1070 Ti и GTX 1080/1080 Ti. Игрите на Electronic Arts реагират подозрително на честите промени в хардуерната конфигурация и блокират потребителя за период от един или няколко дни. Следователно измерванията на производителността на GeForce GTX 1060 и две устройства от серията GeForce GTX 16 ще се появят в тази статия по-късно, веднага щом Battlefield V премахне ограниченията от нашата тестова машина.

В процентно изражение всеки от участниците в теста е имал приблизително еднакъв спад в производителността при различни настройки за качество на проследяване на лъчи, независимо от разделителната способност на екрана. По този начин производителността на видеокартите под марката GeForce RTX 20 намалява с 28–43% при DXR ефекти с ниско и средно качество и с 37–53% при високо и максимално качество.

Ако говорим за по-стари модели от семейството на GeForce 10, тогава при нивата на ниско и средно проследяване на лъчи играта губи от 36 до 42% FPS, а при високо качество (настройки High и Ultra) DXR вече изяжда 54–67 % от кадровата честота. Обърнете внимание, че в много, ако не и в повечето игрови сцени на Battlefield V, няма забележима разлика между Ниски и Средни настройки, или между Високи и Ултра, по отношение на яснота на изображението или производителност. С надеждата, че графичните процесори на Pascal ще бъдат по-чувствителни към тази настройка, проведохме тестове и при четирите настройки. Наистина се появиха известни разлики, но само при 2160p резолюция и в рамките на 6% FPS.

В абсолютно изражение всеки от по-старите ускорители на чипове Pascal може да поддържа кадрови честоти над 60 FPS в режим 1080p с намалено качество на отражение, а GeForce GTX 1080 Ti претендира за подобен резултат дори при проследяване на високо ниво. Но след като преминете към разделителна способност 1440p, само GeForce GTX 1080 и GTX 1080 Ti осигуряват удобна честота на кадрите от 60 FPS или по-висока с ниско или средно качество на проследяване на лъчи, а в режим 4K нито една от картите от предишното поколение няма подходяща изчислителна мощност ( както всъщност всяка Turing с изключение на флагмана GeForce RTX 2080 Ti).

Ако търсим паралели между конкретни ускорители под марките GeForce GTX 10 и GeForce RTX 20, тогава най-добрият модел от предишното поколение (GeForce GTX 1080 Ti), който е аналог на GeForce RTX 2080 при стандартни задачи за рендиране без DXR, падна до нивото на GeForce RTX 2070 с намалено качество на ray tracing, а на високи нива може да се бори само с GeForce RTX 2060.

Източник: 3dnews.ru