Ny artikel: Er GeForce RTX ikke længere nødvendig? Ray tracing tests på GeForce GTX 10 og 16 acceleratorer

Efter at NVIDIA har demonstreret realtids ray tracing på grafikkortene fra GeForce RTX-serien, er det svært at betvivle, at fremtiden for computerspil ligger i denne teknologi (i en rimelig kombination med rasterisering algoritmen). Dog har grafiske processorer baseret på Turing-arkitekturen med specialiserede RT-kerner indtil for nylig været den eneste kategori af diskrete GPU'er, der har den nødvendige regnekraft.

Som testene af de første spil, der har implementeret ray tracing (Battlefield V, Metro Exodus og Shadow of the Tomb Raider), har vist, oplever selv GeForce RTX acceleratoren (især den yngre, RTX 2060) et betydeligt fald i billedfrekvensen ved hybrid rendering opgaver. På trods af de tidlige succeser kan realtids ray tracing endnu ikke betragtes som en fuldtudviklet teknologi. Først når ikke kun de mest avancerede og dyre enheder, men også grafikkort i mellemprisklassen opnår de tidligere standarder for ydeevne i den nye bølge af spil, kan man erklære, at paradigmeskiftet initieret af Jensen Huang endelig er sket.

Ray tracing på 'Pascal': for og imod

Men allerede nu, mens der endnu ikke er sagt et ord om den fremtidige efterfølger til Turing-arkitekturen, har NVIDIA besluttet at fremme udviklingen. Ved GPU Technology Conference forrige måned meddelte det grønne team, at acceleratoren baseret på Pascal-chips samt de yngre modeller i Turing-familien (GeForce GTX 16-serien) vil få realtids ray tracing funktionalitet på linje med RTX-produkterne. I dag kan den lovede driver allerede downloades fra NVIDIAs officielle hjemmeside, og listen over understøttede enheder inkluderer modeller fra GeForce 10 familien, begyndende fra GeForce GTX 1060 (6 GB version), den professionelle accelerator TITAN V på Volta-chippen, og selvfølgelig de nye mellemklassemodeller på TU116-chippen – GeForce GTX 1660 og GTX 1660 Ti. Opdateringen gælder også bærbare computere med de relevante GPU'er.

Der er ikke noget overnaturligt ved dette fra et teknisk synspunkt. Grafikkort med enhedsskyderblokke kunne udføre Ray Tracing længe før Turing-arkitekturen kom, selvom de på det tidspunkt ikke havde tilstrækkelig hastighed til, at denne mulighed blev efterspurgt i spil. Desuden manglede der en fælles standard for programmatiske metoder udover lukkede API'er som NVIDIA OptiX. Nu hvor der findes en DXR-udvidelse til Direct3D 12 og lignende biblioteker i Vulkan-programmeringsgrænsefladen, kan spilmotoren få adgang til dem, uanset om grafikkortet har specialiseret logik — så længe driveren giver denne mulighed. Turing-chips har specifikke RT-kerner til dette formål, mens ray tracing på Pascal-arkitekturen og TU116-processoren er implementeret som general-purpose beregning på et array af shader ALU'er.

Dog siger alt, hvad vi ved om Turing-arkitekturen ifølge NVIDIA selv, at Pascal ikke er egnet til applikationer med DXR-understøttelse. I præsentationen fra sidste år, der fokuserede på flagskibsmodellerne i Turing-familien — GeForce RTX 2080 og RTX 2080 Ti — bragte ingeniørerne følgende beregninger frem. Hvis man kaster alle ressourcer fra den bedste forbruger GPU fra den forgående generation — GeForce GTX 1080 Ti — på beregningerne for ray tracing, vil den samlede ydeevne ikke overstige 11 % af hvad RTX 2080 Ti teoretisk er i stand til. Det er også vigtigt, at de frie CUDA-kerner på Turing-chippen samtidig kan bruges til parallelt at behandle andre billedkomponenter — udførelse af shaderprogrammer, kø af ikke-grafiske beregninger i Direct3D ved asynkron udførelse osv.

I virkelige spil er situationen mere kompleks, da udviklerne på eksisterende hardware begrænset bruger funktioner fra DXR, mens rasterisering og shader-instruktioner fortsat udgør størstedelen af beregningsbyrden. Desuden kan mange forskellige effekter, der skabes ved hjælp af ray tracing, også udføres godt på CUDA-kernerne i Pascal-chips. For eksempel indebærer spejlflader i Battlefield V ikke sekundære reflektioner af stråler, og derfor er de en håndterbar belastning for kraftige grafikkort fra den tidligere generation. Det samme gælder for skygger i Shadow of the Tomb Raider, selvom rendering af komplekse skygger, der dannes af flere lyskilder, allerede udgør en mere udfordrende opgave. Global belysning i Metro Exodus er dog en udfordring selv for Turing, og man kan ikke forvente resultater, der på nogen måde er sammenlignelige fra Pascal.

Uanset hvad, så handler det om en markant forskel i den teoretiske hastighed mellem repræsentanterne for Turing-arkitekturen og deres nærmeste analoger baseret på Pascal-silicium. Desuden spiller Turing-fordele ikke kun en rolle i form af tilstedeværelsen af RT-kerner, men også i de mange generelle forbedringer, der er karakteristiske for de nye generationers acceleratorer. Turing-chips kan udføre operationer på flydende punkt (FP32) og heltal (INT) data parallelt, har en stor mængde lokal cache-hukommelse og separate CUDA-kerner til beregninger med reduceret præcision (FP16). Alt dette betyder, at Turing ikke kun håndterer shader-programmer bedre, men også kan beregne ray tracing relativt effektivt uden specialiserede enheder. For faktisk gør den ressourcekrævende rendering via Ray Tracing ikke kun og ikke så meget søgningen efter skæringspunkter mellem strålerne og geometriske elementer (som håndteres af RT-kerner), men beregningen af farven i skæringspunktet (shading). Og for øvrigt gælder de nævnte fordele ved Turing-arkitekturen fuldt ud for GeForce GTX 1660 og GTX 1660 Ti, selvom der i TU116-chippen ikke er RT-kerner. Derfor er testene af disse grafikkort med softwarebaseret ray tracing særligt interessante.

Men nok snak om teori, da vi allerede har indsamlet data om præstationen af "Pascal" (samt de mindre "Turing") i Battlefield V, Metro Exodus og Shadow of the Tomb Raider baseret på egne målinger. Bemærk, at hverken driveren eller spillene selv regulerer antallet af stråler for at reducere belastningen på GPU'en uden RT-kerner, hvilket betyder, at kvaliteten af effekterne på GeForce GTX og GeForce RTX bør være den samme.

Testbænk, testmetode

Målingerne af den gennemsnitlige og minimale billedfrekvens stammer fra et array af renderingstid for individuelle billeder, som optages af den indbyggede benchmark (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) eller OCAT-værktøjet, hvis det ikke er tilgængeligt i spillet (Battlefield V).

Den gennemsnitlige billedfrekvens i diagrammerne er den inverse værdi af den gennemsnitlige billedtid. For at vurdere den minimale billedfrekvens beregnes antallet af billeder, der genereres i hvert sekund af testen. Fra dette array af tal vælges værdien, der svarer til den 1. percentil af fordelingen.

Deltagere i testen

Følgende grafikkort deltager i ydeevnetesten:

• 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

Da Battlefield V i sig selv er en ret ubesværet spil (især i 1080p og 1440p tilstande), og at ray tracing anvendes sporadisk, gav testen med GeForce 10-serien under DXR-optionen opmuntrende resultater. Dog måtte vi med modeller uden hardware-support for Ray Tracing begrænse os til modellerne GTX 1070/1070 Ti og GTX 1080/1080 Ti. Electronic Arts-spil reagerer skeptisk på hyppige ændringer i hardwarekonfigurationen og blokerer brugeren i en periode på en eller flere dage. Derfor vil resultaterne af GeForce GTX 1060 og to enheder fra GeForce GTX 16-serien komme i denne artikel senere, så snart Battlefield V ophæver begrænsningerne på vores testmaskine.

I procentvis forstand oplever alle deltagere i testen cirka det samme fald i ydeevne ved forskellige indstillinger af ray tracing uanset skærmopløsningen. Ydeevnen for grafikkort mærket GeForce RTX 20 falder med 28–43 % ved lave og mellemstore kvalitetseffekter af DXR, mens den ved høje og maximale indstillinger falder med 37–53 %.

For de ældre modeller i GeForce 10-familien falder FPS med mellem 36 og 42 % ved ray tracing-niveauerne Low og Medium, og ved høj kvalitet (indstillingerne High og Ultra) spiser DXR allerede 54–67 % af billedfrekvensen. Det bemærkes, at der i mange, hvis ikke de fleste, spillescener i Battlefield V ikke er udtalt forskel mellem indstillingerne Low og Medium, samt mellem High og Ultra — hverken hvad angår billedskarphed eller ydeevne. I håbet om at Pascal-grafikprocessorerne ville være mere følsomme over for denne parameter, udførte vi tests ved alle fire indstillinger. Og faktisk viste der sig visse forskelle, men kun ved opløsningen 2160p og inden for 6 % FPS.

I absolutte tal kan enhver af de ældre acceleratormodeller baseret på Pascal levere en billedhastighed over 60 FPS i 1080p ved lavere refleksionskvalitet, mens GeForce GTX 1080 Ti hævder at opnå et lignende resultat selv ved tracing på High-niveau. Men hvis vi skifter til 1440p, kan kun GeForce GTX 1080 og GTX 1080 Ti sikre en behagelig billedhastighed på 60 FPS eller derover ved ray tracing kvalitet på Low eller Medium, og i 4K-mode har ingen af de tidligere generationers kort den nødvendige regnekraft (som, for den sags skyld, heller ikke nogen Turing, undtagen den flagskibs GeForce RTX 2080 Ti).

Hvis man leder efter paralleller mellem specifikke acceleratormodeller under mærket GeForce GTX 10 og GeForce RTX 20, så er den bedste model fra den tidligere generation (GeForce GTX 1080 Ti), som i opgaver med standardrendering uden DXR svarer til GeForce RTX 2080, faldet til niveauet GeForce RTX 2070 ved nedsat ray tracing kvalitet, og ved høj kvalitet kan den kun kæmpe med GeForce RTX 2060.

Kilde: 3dnews.ru