Nouvel article : GeForce RTX est-elle encore nécessaire ? Tests de ray tracing sur les cartes graphiques GeForce GTX 10 et 16

Après qu'NVIDIA a démontré le ray tracing en temps réel sur les cartes graphiques de la série GeForce RTX, il est difficile de douter que cette technologie (en combinaison raisonnable avec l'algorithme de rasterisation) est l'avenir des jeux vidéo. Cependant, les processeurs graphiques basés sur l'architecture Turing avec des cœurs RT spécialisés étaient considérés jusqu'à récemment comme la seule catégorie de GPU discrets disposant de la puissance de calcul appropriée.

Comme l'ont montré les tests des premiers jeux ayant intégré le Ray Tracing (Battlefield V, Metro Exodus et Shadow of the Tomb Raider), même les accélérateurs GeForce RTX (en particulier le plus modeste d'entre eux — le RTX 2060) souffrent d'une baisse significative de la fréquence des images dans des tâches de rendu hybride. Malgré les premiers succès, le ray tracing en temps réel ne peut encore être considéré comme une technologie mature. Ce n'est que lorsque non seulement les dispositifs les plus avancés et coûteux, mais aussi les cartes graphiques de milieu de gamme atteindront les anciens standards de performance des nouveaux jeux, qu'il sera possible d'annoncer que le changement de paradigme, lancé par Jensen Huang, s'est enfin réalisé.

Ray Tracing sur les « Pascal » — pour et contre

Mais déjà, alors qu'aucun mot n'a encore été dit sur le futur successeur de l'architecture Turing, NVIDIA a décidé de stimuler le progrès. Lors de la conférence GPU Technology Conference le mois dernier, l'équipe verte a annoncé que les accélérateurs basés sur des puces Pascal, ainsi que les modèles d'entrée de gamme de la famille Turing (série GeForce GTX 16) acquerront la fonctionnalité de ray tracing en temps réel au même titre que les produits sous la marque RTX. Aujourd'hui, le pilote annoncé est déjà disponible en téléchargement sur le site officiel de NVIDIA, et la liste des dispositifs inclut les modèles de la famille GeForce 10, à partir de la GeForce GTX 1060 (version 6 Go), l'accélérateur professionnel TITAN V basé sur la puce Volta, et bien sûr, les nouveaux modèles de milieu de gamme basés sur la puce TU116 — GeForce GTX 1660 et GTX 1660 Ti. La mise à jour a également touché les ordinateurs portables avec des GPU correspondants.

D'un point de vue technique, il n'y a rien d'extraordinaire ici. Les unités de traitement graphique avec des blocs de shaders unifiés pouvaient exécuter le Ray Tracing longtemps avant l'apparition de l'architecture Turing, bien qu'à l'époque, elles ne disposaient pas d'une puissance suffisante pour que cette fonctionnalité soit recherchée dans les jeux. De plus, il n'existait pas de norme unique pour les méthodes logicielles, en dehors des API fermées comme le NVIDIA OptiX propriétaire. Maintenant que l'extension DXR pour Direct3D 12 et des bibliothèques analogues dans l'interface de programmation Vulkan existent, le moteur de jeu peut y accéder, peu importe que la carte graphique dispose d'une logique spécialisée — tant que le pilote l'autorise. Les puces Turing ont des cœurs RT dédiés pour cela, tandis que sur les GPU de l'architecture Pascal et le processeur TU116, le ray tracing est réalisé sous forme de calculs à usage général sur un ensemble d'ALU de shaders.

Cependant, tout ce que nous savons sur l'architecture Turing d'après NVIDIA elle-même indique que Pascal n'est pas adapté aux applications prenant en charge DXR. Lors de la présentation de l'année dernière, consacrée aux modèles phares de la famille Turing — GeForce RTX 2080 et RTX 2080 Ti — les ingénieurs ont présenté les données suivantes. Si l'on concentre toutes les ressources de la meilleure carte graphique grand public de la génération précédente — GeForce GTX 1080 Ti — sur les calculs de ray tracing, la performance finale ne dépassera pas 11 % de ce que le RTX 2080 Ti pourrait théoriquement atteindre. Il est tout aussi important de noter que les cœurs CUDA libres de la puce Turing peuvent par ailleurs être utilisés pour le traitement parallèle d'autres composants de l'image — l'exécution de programmes de shaders, la file d'attente des calculs non graphiques de Direct3D en exécution asynchrone, etc.

Dans les jeux réels, la situation est plus complexe, car les développeurs utilisent les fonctions DXR de manière graduelle sur le matériel existant, et la majeure partie de la charge de travail reste dominée par la rasterisation et les instructions de shaders. De plus, certains effets créés par le ray tracing peuvent être exécutés efficacement même sur les cœurs CUDA des puces Pascal. Par exemple, les surfaces réfléchissantes dans Battlefield V ne prennent pas en charge la réflexion secondaire des rayons, et restent donc une charge gérable pour les puissantes cartes graphiques de la génération précédente. Il en va de même pour les ombres dans Shadow of the Tomb Raider, bien que le rendu des ombres complexes, formées par plusieurs sources de lumière, représente déjà un défi plus ardu. En revanche, l'éclairage global dans Metro Exodus est difficile même pour le « Turing », et il ne faut pas attendre de résultats comparables de Pascal.

Quoi qu'il en soit, il s'agit d'une différence de plusieurs ordres de grandeur en matière de performances théoriques entre les représentants de l'architecture Turing et leurs homologues les plus proches en silicium Pascal. Et l'architecture Turing bénéficie non seulement de la présence de cœurs RT, mais aussi de nombreuses améliorations généralisées propres aux accélérateurs de nouvelle génération. Ainsi, les puces Turing peuvent exécuter en parallèle des opérations sur des données à virgule flottante (FP32) et des données entières (INT), possèdent un grand volume de mémoire cache locale et des cœurs CUDA séparés pour des calculs à précision réduite (FP16). Tout cela signifie que Turing ne gère pas seulement mieux les programmes de shaders, mais peut également calculer de manière relativement efficace les ray tracing sans blocs spécialisés. En effet, le rendu aussi gourmand en ressources par Ray Tracing n'est pas seulement dû à la recherche d'intersections entre les rayons et les éléments de géométrie (prise en charge par les cœurs RT), mais aussi au calcul de la couleur au point d'intersection (shading). D'ailleurs, les qualités énumérées de l'architecture Turing s'appliquent pleinement à la GeForce GTX 1660 et à la GTX 1660 Ti, bien que la puce TU116 ne dispose pas de cœurs RT, c'est pourquoi les tests de ces cartes graphiques avec un ray tracing logiciel sont d'un intérêt particulier.

Mais assez de théorie, car nous avons déjà collecté des données sur les performances des « Pascal » (et des « Turing » inférieurs) dans Battlefield V, Metro Exodus et Shadow of the Tomb Raider basées sur nos propres mesures. Notons que ni le driver, ni les jeux eux-mêmes ne régulent le nombre de rayons pour réduire la charge sur le GPU sans cœurs RT, ce qui signifie que la qualité des effets sur GeForce GTX et GeForce RTX devrait être la même.

Stand de test, méthode de test

Les indicateurs de fréquences d'images moyennes et minimales sont tirés d'un tableau des temps de rendu des images individuelles, enregistré par le benchmark intégré (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) ou l'outil OCAT, s'il n'est pas disponible dans le jeu (Battlefield V).

La fréquence moyenne d'images sur les graphiques est l'inverse du temps moyen par image. Pour évaluer la fréquence d'images minimale, on calcule le nombre d'images formées chaque seconde du test. À partir de ce tableau de chiffres, on choisit la valeur correspondant au 1er centile de la distribution.

Participants au test

Les cartes graphiques suivantes ont participé au test de performance :

• NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti Founders Edition (1350/14000 MHz, 11 Go);
• NVIDIA GeForce GTX 2080 Founders Edition (1515/14000 MHz, 8 Go);
• NVIDIA GeForce RTX 2070 Founders Edition (1410/14000 MHz, 8 Go);
• NVIDIA GeForce RTX 2060 Founders Edition (1365/14000 MHz, 6 Go);
• NVIDIA GeForce GTX 1660 Ti (6 Go);
• NVIDIA GeForce GTX 1660 (6 Go);

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

Battlefield V

Étant donné que Battlefield V est un jeu relativement peu exigeant en lui-même (surtout en 1080p et 1440p), et que le ray tracing y est appliqué de manière sporadique, le test de la GeForce série 10 avec l'option DXR a montré des résultats encourageants. Cependant, parmi tous les modèles sans support de Ray Tracing au niveau du silicium, nous avons dû nous limiter aux modèles GTX 1070/1070 Ti et GTX 1080/1080 Ti. Les jeux d'Electronic Arts réagissent avec méfiance à un changement fréquent de configuration matérielle et bloquent l'utilisateur pour une période d'un ou plusieurs jours. Ainsi, les mesures de performance de la GeForce GTX 1060 et de deux appareils de la série GeForce GTX 16 apparaîtront dans cet article plus tard, une fois que Battlefield V lèvera les restrictions sur notre machine de test.

En pourcentage, chaque participant au test subit une baisse de performance à peu près identique avec différentes configurations de qualité de ray tracing, peu importe la résolution de l'écran. Ainsi, les performances des cartes graphiques sous la marque GeForce RTX 20 diminuent de 28 à 43 % avec des effets DXR de qualité faible et moyenne, et de 37 à 53 % avec des qualités élevées et maximales.

Pour les modèles supérieurs de la famille GeForce 10, aux niveaux de ray tracing Low et Medium, le jeu perd de 36 à 42 % de FPS, tandis qu'à des qualités élevées (réglages High et Ultra), le DXR consomme déjà de 54 à 67 % de la fréquence d'images. Il convient de noter que dans de nombreuses, si ce n'est la majorité des scènes de jeu dans Battlefield V, il n'y a pas de différence significative entre les réglages Low et Medium, ni entre High et Ultra — ni en termes de netteté d'image, ni en termes de performance. Dans l'espoir que les processeurs graphiques Pascal soient plus sensibles à ce paramètre, nous avons effectué des tests à tous les quatre réglages. Et en effet, certaines différences se sont manifestées, mais seulement à une résolution de 2160p et dans une plage de 6 % de FPS.

Dans des mesures absolues, n'importe quel des accélérateurs haut de gamme utilisant des chipsets Pascal peut maintenir un taux de rafraîchissement supérieur à 60 FPS en 1080p avec une qualité de réflexion réduite, tandis que la GeForce GTX 1080 Ti vise des résultats similaires même avec le ray tracing en qualité High. Cependant, dès que l'on passe à une résolution de 1440p, seules la GeForce GTX 1080 et la GTX 1080 Ti parviennent à assurer un taux de rafraîchissement confortable à 60 FPS ou plus en qualité de ray tracing Low ou Medium ; en 4K, aucune des cartes de la génération précédente ne dispose de la puissance de calcul adéquate (comme, d'ailleurs, aucun modèle Turing à l'exception du fleuron GeForce RTX 2080 Ti).

En cherchant des parallèles entre les accélérateurs de la marque GeForce GTX 10 et GeForce RTX 20, on constate que le meilleur modèle de l'ancienne génération (GeForce GTX 1080 Ti), qui dans les tâches de rendu standard sans DXR est l'équivalent de la GeForce RTX 2080, a chuté au niveau de la GeForce RTX 2070 avec une qualité de ray tracing réduite, et avec un paramètre élevé, elle ne peut rivaliser qu'avec la GeForce RTX 2060.

Source : 3dnews.ru