Nuevo artículo: ¿GeForce RTX ya no es necesario? Pruebas de trazado de rayos en tarjetas gráficas GeForce GTX 10 y 16

Después de que NVIDIA mostró el trazado de rayos en tiempo real en las tarjetas gráficas de la serie GeForce RTX, es difícil dudar de que esta tecnología, combinada de manera razonable con el algoritmo de rasterización, es el futuro de los videojuegos. Sin embargo, hasta hace poco, las tarjetas gráficas basadas en la arquitectura Turing con núcleos RT especializados se consideraban la única categoría de GPU discretas que contaban con la potencia de cálculo adecuada para ello.

Como demostraron las pruebas de los primeros juegos que adoptaron Ray Tracing (Battlefield V, Metro Exodus y Shadow of the Tomb Raider), incluso los aceleradores GeForce RTX (especialmente el más básico de ellos, el RTX 2060) sufren una caída significativa en la frecuencia de fotogramas en tareas de renderizado híbrido. A pesar de los primeros éxitos, el trazado de rayos en tiempo real aún no puede considerarse una tecnología madura. Solo cuando no solo los dispositivos más avanzados y costosos, sino también las tarjetas gráficas de gama media alcancen los estándares de rendimiento anteriores en los juegos de nueva ola, se podrá declarar que el cambio de paradigma iniciado por Jensen Huang se ha realizado finalmente.

Trazado de rayos en 'Pascal' — pros y contras

Pero ya ahora, mientras aún no se ha mencionado nada sobre el futuro sucesor de la arquitectura Turing, NVIDIA ha decidido impulsar el progreso. En el evento GPU Technology Conference del mes pasado, el equipo verde anunció que los aceleradores con chips Pascal, así como los miembros más pequeños de la familia Turing (la serie GeForce GTX 16) adquirirán la función de trazado de rayos en tiempo real al igual que los productos bajo la marca RTX. Hoy, el controlador prometido ya se puede descargar en el sitio oficial de NVIDIA, y la lista de dispositivos incluye modelos de la familia GeForce 10, comenzando con GeForce GTX 1060 (versión de 6 GB), el acelerador profesional TITAN V con chip Volta y, por supuesto, los nuevos modelos de gama media con chip TU116: GeForce GTX 1660 y GTX 1660 Ti. La actualización también ha afectado a las laptops con GPU correspondientes.

Desde un punto de vista técnico, no hay nada sobrenatural aquí. Las unidades de procesamiento gráfico con bloques de sombreado unificados podían realizar Ray Tracing mucho antes de que existiera la arquitectura Turing, aunque en ese momento no contaban con suficiente rendimiento para que esta capacidad fuera demandada en los juegos. Además, faltaba un estándar único para los métodos de programación, más allá de las API cerradas como la propietaria NVIDIA OptiX. Ahora, con la existencia de la extensión DXR para Direct3D 12 y bibliotecas análogas en la interfaz de programación Vulkan, un motor de juego puede acceder a ellas sin importar si la tarjeta gráfica tiene lógica especializada, siempre que el controlador lo permita. Los chips Turing tienen núcleos RT dedicados para este propósito, mientras que en las GPU de arquitectura Pascal y en el procesador TU116, el trazado de rayos se implementa en formato de cálculo de propósito general en un arreglo de ALU de sombreadores.

Sin embargo, todo lo que sabemos sobre la arquitectura Turing según NVIDIA indica que Pascal no es adecuado para aplicaciones que soportan DXR. En la presentación del año pasado dedicada a los modelos insignia de la familia Turing — GeForce RTX 2080 y RTX 2080 Ti — los ingenieros proporcionaron los siguientes datos. Si se emplean todos los recursos de la mejor tarjeta gráfica del pasado generación — GeForce GTX 1080 Ti — para calcular el trazado de rayos, el rendimiento final no superará el 11 % de lo que teóricamente puede lograr el RTX 2080 Ti. Es igualmente importante que los núcleos CUDA libres del chip Turing pueden ser utilizados al mismo tiempo para el procesamiento paralelo de otros componentes de la imagen — ejecución de programas de sombreado, cola de cálculos no gráficos de Direct3D durante la ejecución asíncrona, etc.

En los juegos reales, la situación es más compleja, ya que en el hardware existente los desarrolladores utilizan de manera controlada las funciones de DXR, y la mayor parte de la carga computacional sigue siendo ocupada por la rasterización y las instrucciones de sombreado. Además, algunos de los efectos que se crean mediante trazado de rayos se ejecutan bastante bien en los núcleos CUDA de los chips Pascal. Por ejemplo, las superficies reflectantes en Battlefield V no implican reflejos secundarios de los rayos, lo que las convierte en una carga manejable para las potentes tarjetas gráficas de la generación anterior. Lo mismo ocurre con las sombras en Shadow of the Tomb Raider, aunque el renderizado de sombras complejas formadas por múltiples fuentes de luz ya presenta un desafío más difícil. Sin embargo, la iluminación global en Metro Exodus es difícil incluso para

Sea como fuere, se trata de una diferencia múltiple en el rendimiento teórico entre los representantes de la arquitectura Turing y sus homólogos más cercanos en silicio Pascal. Además, a favor de Turing juega no solo la presencia de núcleos RT, sino también numerosas mejoras generales que son características de los aceleradores de nueva generación. Así, los chips Turing pueden ejecutar operaciones sobre datos de punto flotante (FP32) e enteros (INT) en paralelo, cuentan con un gran volumen de caché local y núcleos CUDA separados para cálculos de precisión reducida (FP16). Todo esto significa que Turing no solo maneja mejor los programas de sombreado, sino que también puede calcular de manera relativamente eficiente el trazado de rayos sin bloques especializados. De hecho, el renderizado tan intensivo en recursos mediante Ray Tracing no se debe únicamente a la búsqueda de intersecciones entre rayos y elementos de geometría (que realizan los núcleos RT), sino también al cálculo del color en el punto de intersección (sombreado). Y, por cierto, las ventajas enumeradas de la arquitectura Turing se aplican plenamente a la GeForce GTX 1660 y GTX 1660 Ti, aunque el chip TU116 no tiene núcleos RT, por lo que las pruebas de estas tarjetas gráficas con trazado de rayos por software representan un interés particular.

Pero basta de teoría, ya que ya hemos reunido datos sobre el rendimiento de las 'Pascal' (así como de las menores 'Turing') en Battlefield V, Metro Exodus y Shadow of the Tomb Raider basándonos en nuestras propias mediciones. Cabe destacar que ni los controladores ni los propios juegos regulan la cantidad de rayos para reducir la carga en la GPU sin núcleos RT, lo que significa que la calidad de los efectos en GeForce GTX y GeForce RTX debería ser la misma.

Banco de pruebas, metodología de pruebas

Los indicadores de la tasa de fotogramas media y mínima se obtienen de un conjunto de tiempos de renderizado de fotogramas individuales, que registra el benchmark integrado (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) o la herramienta OCAT, si no está presente en el juego (Battlefield V).

La frecuencia de cambio de fotogramas media en los gráficos es el valor inverso del tiempo medio por fotograma. Para evaluar la frecuencia mínima de fotogramas, se calcula la cantidad de fotogramas generados en cada segundo de la prueba. De este conjunto de números, se selecciona el valor correspondiente al 1% de percentil de la distribución.

Participantes de la prueba

En la prueba de rendimiento participaron las siguientes tarjetas gráficas:

• 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

Gracias a que Battlefield V es un juego bastante poco exigente en sí mismo (especialmente en las resoluciones 1080p y 1440p), y a que el trazado de rayos se aplica de manera fragmentada en él, la prueba de la serie GeForce 10 con la opción DXR arrojó resultados prometedores. Sin embargo, de todos los modelos sin soporte de Ray Tracing a nivel de silicio, tuvimos que limitarnos a los modelos GTX 1070/1070 Ti y GTX 1080/1080 Ti. Los juegos de Electronic Arts responden con suspicacia a los cambios frecuentes de configuración de hardware y bloquean al usuario por un período de uno o varios días. Por lo tanto, las mediciones de rendimiento de la GeForce GTX 1060 y de dos dispositivos de la serie GeForce GTX 16 aparecerán en este artículo más adelante, tan pronto como Battlefield V retire las restricciones de nuestra máquina de prueba.

En términos porcentuales, cualquier participante de la prueba experimenta una caída de rendimiento aproximadamente igual con diferentes configuraciones de calidad de trazado de rayos, independientemente de la resolución de pantalla. Así, el rendimiento de las tarjetas gráficas de la marca GeForce RTX 20 disminuye entre un 28 y un 43 % con efectos DXR en calidad baja y media, y al 37–53 % en calidad alta y máxima.

En lo que respecta a los modelos superiores de la familia GeForce 10, en los niveles de trazado de rayos Low y Medium, el juego pierde entre un 36 y un 42 % de FPS, mientras que en calidad alta (configuraciones High y Ultra) el DXR consume ya entre un 54 y un 67 % de la tasa de cuadros por segundo. Cabe señalar que en muchas, si no en la mayoría, de las escenas del juego Battlefield V no hay una diferencia clara entre las configuraciones Low y Medium, así como entre High y Ultra, ni en claridad de imagen ni en rendimiento. Con la esperanza de que las GPU Pascal sean más sensibles a este parámetro, realizamos pruebas en todas las cuatro configuraciones. Y de hecho, aparecieron ciertas diferencias, pero solo a la resolución de 2160p y dentro del 6 % de FPS.

En términos absolutos, cualquiera de los aceleradores de gama alta basados en chips Pascal puede mantener una tasa de fotogramas superior a 60 FPS en 1080p con calidad de reflejos reducida, y la GeForce GTX 1080 Ti busca alcanzar un resultado similar incluso con trazado de rayos en nivel Alto. Pero al pasar a la resolución 1440p, solo las GeForce GTX 1080 y GTX 1080 Ti ofrecen una tasa de fotogramas cómoda de 60 FPS o más con calidad de trazado de rayos en Bajo o Medio, mientras que en modo 4K ninguna de las tarjetas de la generación anterior tiene la potencia de cálculo adecuada (como, de hecho, ningún Turing excepto la insignia GeForce RTX 2080 Ti).

Si se buscan paralelismos entre los aceleradores específicos bajo la marca GeForce GTX 10 y GeForce RTX 20, entonces el mejor modelo de la generación pasada (GeForce GTX 1080 Ti), que en tareas de renderizado estándar sin DXR es el equivalente de la GeForce RTX 2080, ha caído al nivel de la GeForce RTX 2070 con calidad de trazado de rayos reducida, y solo puede competirse con la GeForce RTX 2060 en alto.

Fuente: 3dnews.ru