Nový článek: GeForce RTX už není potřeba? Testy ray tracingu na akcelerátorech GeForce GTX 10 a 16

Jakmile NVIDIA demonstrovala real-time ray tracing na grafických kartách série GeForce RTX, je těžké pochybovat o tom, že právě tato technologie (v rozumné kombinaci s algoritmem rastraci) představuje budoucnost počítačových her. Nicméně grafické procesory založené na architektuře Turing se specializovanými RT jádry byly až donedávna považovány za jedinou kategorii diskrétních GPU, která disponuje vhodným výpočetním výkonem.

Jak ukázaly testy prvních her, které osvojily Ray Tracing (Battlefield V, Metro Exodus a Shadow of the Tomb Raider), i akcelerátory GeForce RTX (zejména ten nejlevnější z nich — RTX 2060) zažívají výrazný pokles snímkové frekvence při úlohách hybridního renderování. I přes prvotní úspěchy nelze ray tracing v reálném čase ještě považovat za vyspělou technologii. Teprve až dosáhnou nejen ty nejpokročilejší a nejdražší zařízení, ale i grafické karty střední cenové kategorie předchozích standardů výkonu ve hrách nové vlny, bude možné prohlásit, že změna paradigmat, kterou zahájil Jensen Huang, se konečně uskutečnila.

Ray tracing na "Pascalech" — pro a proti

Ale už nyní, zatímco nebylo řečeno ani slovo o budoucím nástupci architektury Turing, se NVIDIA rozhodla podpořit pokrok. Na akci GPU Technology Conference minulý měsíc zelený tým oznámil, že akcelerátory na čipech Pascal a také nižší představitelé rodiny Turing (série GeForce GTX 16) získají funkci real-time ray tracing na úrovni produktů značky RTX. Dnes je slibovaný ovladač již k dispozici ke stažení na oficiálních stránkách NVIDIA, a seznam zařízení zahrnuje modely rodiny GeForce 10, počínaje GeForce GTX 1060 (verze 6 GB), profesionální akcelerátor TITAN V na čipu Volta, a samozřejmě nově příchozí modely střední cenové kategorie na čipu TU116 — GeForce GTX 1660 a GTX 1660 Ti. Aktualizace se dotkla i notebooků s odpovídajícími GPU.

Z technického hlediska zde není nic nadpřirozeného. Grafické procesory s unifikovanými stínovými bloky mohly vykonávat ray tracing dávno před příchodem architektury Turing, i když tehdy neměly dostatečný výkon, aby byla tato funkce ve hrách žádána. Kromě toho chyběl jednotný standard programových metod kromě uzavřených API jako je proprietární NVIDIA OptiX. Nyní, když existuje rozšíření DXR pro Direct3D 12 a podobné knihovny v programovacím rozhraní Vulkan, může herní engine k nim přistupovat bez ohledu na to, zda je grafický procesor vybaven specializovanou logikou — pokud to umožňuje ovladač. Čipy Turing mají pro tento účel samostatná RT jádra, zatímco v GPU architektury Pascal a procesoru TU116 je ray tracing realizován ve formátu obecného výpočtu na poli stínovacích ALU.

Nicméně vše, co víme o architektuře Turing podle samotné NVIDIA, naznačuje, že Pascal není vhodný pro aplikace s podporou DXR. Na loňské prezentaci zaměřené na vlajkové modely rodiny Turing — GeForce RTX 2080 a RTX 2080 Ti — inženýři uvedli následující údaje. Pokud by se veškeré zdroje nejlepší spotřebitelské grafické karty předchozí generace — GeForce GTX 1080 Ti — použily na výpočty ray tracingu, konečný výkon by nepřekročil 11 % toho, co by teoreticky mohl RTX 2080 Ti. Ne méně důležité je, že volné CUDA jádra čipu Turing mohou být zároveň využita pro paralel processing dalších komponent obrazu — vykonávání stínovacích programů, fronty negrafických výpočtů Direct3D při asynchronním vykonávání a tak dále.

Ve skutečných hrách je situace složitější, neboť vývojáři na stávajícím hardwaru užívají funkce DXR v omezené míře, zatímco převážnou část výpočetní zátěže stále tvoří rasterizace a instrukce shaderů. Kromě toho část různých efektů, které se vytvářejí pomocí ray tracingu, je docela dobře zpracovatelná i na CUDA jádrech čipů Pascal. Například zrcadlové povrchy v Battlefield V neimplikují sekundární odrazy paprsků, a tudíž představují zvládnutelnou zátěž pro výkonné grafické karty předchozí generace. To platí také pro stíny v Shadow of the Tomb Raider, ačkoli rendering složitých stínů vytvářených několika zdroji světla je již obtížnějším úkolem. Na druhou stranu, globální osvětlení v Metro Exodus je pro „Turing“ téměř nepřekonatelné a od Pascalu nelze očekávat v tomto ohledu srovnatelné výsledky.

Ať se na to díváme jakkoli, jde o mnohonásobné rozdíly v teoretickém výkonu mezi představiteli architektury Turing a jejich nejbližšími analogií na křemíku Pascal. Přitom ve prospěch Turingu hraje nejen přítomnost RT jader, ale také řada obecně užitečných vylepšení, které jsou vlastní akcelerátorům nové generace. Čipy Turing dokáží provádět operace paralelně na reálných (FP32) a celočíselných (INT) datech, mají vysokou kapacitu lokální cache paměti a jednotlivá CUDA jádra pro výpočty s nižší přesností (FP16). To znamená, že Turing nejen lépe zvládá shaderové programy, ale také může relativně efektivně provádět ray tracing bez specializovaných bloků. Nejde jen o to, že takto náročný rendering pomocí Ray Tracingu způsobuje hledání průsečíků mezi paprsky a geometrickými prvky (což zařizují RT jádra), ale hlavně výpočet barvy v bodě průsečíku (shading). A mimochodem, uvedené výhody architektury Turing se plně týkají GeForce GTX 1660 a GTX 1660 Ti, ačkoli čip TU116 nemá RT jádra, což znamená, že testy těchto grafických karet s programovým ray tracingem představují zvláštní zájem.

Ale dost už teorie, máme shromážděná data o výkonu "Pascalů" (a také mladších "Turingů") ve hrách Battlefield V, Metro Exodus a Shadow of the Tomb Raider na základě vlastních měření. Uvědomme si, že ani ovladač, ani samotné hry neupravují počet paprsků, aby snížily zátěž na GPU bez RT jader, což znamená, že kvalita efektů na GeForce GTX a GeForce RTX by měla být stejná.

Testovací stanice, metodika testování

Hodnoty průměrné a minimální snímkové frekvence jsou vyvozeny z pole časů vykreslování jednotlivých snímků, které zaznamenává vestavěný benchmark (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) nebo nástroj OCAT, pokud ve hře není (Battlefield V).

Průměrná snímková frekvence na grafech je obrácenou hodnotou průměrného času snímku. Pro výpočet minimální snímkové frekvence se počítá počet snímků vygenerovaných v každé sekundě testu. Z tohoto pole čísel je vybrána hodnota odpovídající 1. percentilu rozdělení.

Účastníci testování

V testování výkonu se zapojily následující grafické karty:

• 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

Díky tomu, že je Battlefield V sama o sobě poměrně nenáročná hra (zejména v režimech 1080p a 1440p), a ray tracing je v ní aplikován fragmentárně, testování grafických karet GeForce 10. série s volbou DXR přineslo povzbudivé výsledky. Nicméně, ze všech modelů bez podpory Ray Tracing na úrovni čipu jsme museli omezit testování na modely GTX 1070/1070 Ti a GTX 1080/1080 Ti. Hry Electronic Arts reagují s podezřením na častou změnu konfigurace hardwaru a blokují uživatele na období od jednoho do několika dnů. Proto měření výkonu GeForce GTX 1060 a dvou zařízení série GeForce GTX 16 se v tomto článku objeví později, jakmile Battlefield V uvolní omezení na našem testovacím zařízení.

V procentuálním vyjádření jakýkoliv účastník testování vykazuje přibližně stejné snížení výkonu při různých nastaveních kvality ray tracingu bez ohledu na rozlišení obrazovky. Podobně výkon grafických karet značky GeForce RTX 20 klesá o 28–43 % při nízké a střední kvalitě efektů DXR, a při vysoké a maximální – o 37–53 %.

Pokud jde o starší modely rodiny GeForce 10, pak na úrovních ray tracingu Low a Medium hra ztrácí od 36 do 42 % FPS, a při vysoké kvalitě (nastavení High a Ultra) DXR již ukrajuje 54–67 % rychlosti snímkování. Všimněte si, že v mnoha, pokud ne ve většině herních scén Battlefield V není výrazný rozdíl mezi nastaveními Low a Medium, stejně jako mezi High a Ultra – ani z hlediska ostrosti obrazu, ani z pohledu výkonu. S nadějí, že grafické procesory Pascal budou na tento parametr citlivější, jsme provedli testy při všech čtyřech nastaveních. A skutečně, projevily se určité rozdíly, ale pouze při rozlišení 2160p a v rámci 6 % FPS.

V absolutních ukazatelích jakýkoli z vyšších akcelerátorů na čipech Pascal může podporovat snímkovou frekvenci přes 60 FPS v režimu 1080p při snížené kvalitě odrazů, a GeForce GTX 1080 Ti si nárokuje podobný výsledek i při ray tracingu na úrovni High. Ale když přejdete na rozlišení 1440p, jen GeForce GTX 1080 a GTX 1080 Ti zajišťují komfortní snímkovou frekvenci na úrovni 60 FPS a více při kvalitě ray tracingu Low nebo Medium, a v režimu 4K žádná z grafik minulého generace nemá vhodný výpočetní výkon (jak, ostatně, ani žádný Turing s výjimkou vlajkové lodi GeForce RTX 2080 Ti).

Pokud hledáte paralely mezi konkrétními akcelerátory pod značkou GeForce GTX 10 a GeForce RTX 20, pak nejlepší model minulého generace (GeForce GTX 1080 Ti), který v úlohách standardního renderování bez DXR odpovídá GeForce RTX 2080, klesl na úroveň GeForce RTX 2070 při snížené kvalitě ray tracingu, a při vysoké může soupeřit snad jen s GeForce RTX 2060.

Zdroj: 3dnews.ru