Dopo che NVIDIA ha dimostrato il ray tracing in tempo reale sulle schede video della serie GeForce RTX, è difficile dubitare che questa tecnologia (in ragionevole combinazione con l'algoritmo di rasterizzazione) sia il futuro dei giochi per computer. Tuttavia, fino a poco tempo fa le GPU basate sull'architettura Turing con core RT specializzati erano considerate l'unica categoria di GPU discrete che disponeva della potenza di calcolo adatta a questo scopo.
Come hanno dimostrato i test dei primi giochi che padroneggiavano il Ray Tracing (Battlefield V, Metro Exodus e Shadow of the Tomb Raider), anche gli acceleratori GeForce RTX (soprattutto il più giovane, l'RTX 2060) sperimentano un calo significativo del frame rate in attività di rendering ibrido. Nonostante i primi successi, il ray tracing in tempo reale non è ancora una tecnologia matura. Solo quando non solo i dispositivi più avanzati e costosi, ma anche le schede grafiche di fascia media raggiungeranno gli stessi standard prestazionali nella nuova ondata di giochi, si potrà dichiarare che il cambio di paradigma lanciato dall'azienda di Jensen Huang è finalmente avvenuto.
Ray tracing in Pascal: pro e contro
Ma ora, anche se non è stata detta una parola sul futuro successore dell'architettura Turing, NVIDIA ha deciso di stimolare il progresso. All'evento GPU Technology Conference del mese scorso, il team verde ha annunciato che gli acceleratori sui chip Pascal, così come i membri di fascia bassa della famiglia Turing (serie GeForce GTX 16), otterranno funzionalità di ray tracing in tempo reale alla pari con RTX -prodotti a marchio. Oggi il driver promesso può già essere scaricato sul sito ufficiale NVIDIA e l'elenco dei dispositivi comprende modelli della famiglia GeForce 10, a partire dalla GeForce GTX 1060 (versione 6 GB), l'acceleratore professionale TITAN V sul chip Volta, e, naturalmente, i modelli appena arrivati nella categoria di prezzo medio sul chip TU116: GeForce GTX 1660 e GTX 1660 Ti. L'aggiornamento ha interessato anche i laptop con le GPU corrispondenti.
Da un punto di vista tecnico, qui non c'è nulla di soprannaturale. Le GPU con unità shader unificate erano in grado di eseguire Ray Tracing molto prima dell'avvento dell'architettura Turing, sebbene a quel tempo non fossero abbastanza veloci perché questa capacità fosse richiesta nei giochi. Inoltre, non esisteva uno standard uniforme per i metodi software, oltre alle API chiuse come la proprietaria NVIDIA OptiX. Ora che nell'interfaccia di programmazione Vulkan è presente un'estensione DXR per Direct3D 12 e librerie simili, il motore di gioco può accedervi indipendentemente dal fatto che la GPU sia dotata di logica specializzata, purché il driver fornisca questa capacità. I chip Turing hanno core RT separati per questo scopo e, nella GPU con architettura Pascal e nel processore TU116, il ray tracing è implementato in un formato di elaborazione generico su una serie di ALU shader.
Tuttavia, tutto ciò che sappiamo dell'architettura Turing dalla stessa NVIDIA suggerisce che Pascal non è adatto per applicazioni abilitate per DXR. Nella presentazione dello scorso anno dedicata ai modelli di punta della famiglia Turing - GeForce RTX 2080 e RTX 2080 Ti - gli ingegneri hanno presentato i seguenti calcoli. Se si impiegano tutte le risorse della migliore scheda grafica consumer dell'ultima generazione - la GeForce GTX 1080 Ti - nei calcoli del ray tracing, le prestazioni risultanti non supereranno l'11% di ciò di cui è teoricamente capace la RTX 2080 Ti. Altrettanto importante è che i core CUDA gratuiti del chip Turing possano essere utilizzati contemporaneamente per l'elaborazione parallela di altri componenti dell'immagine: esecuzione di programmi shader, una coda di calcoli Direct3D non grafici durante l'esecuzione asincrona e così via.
Nei giochi reali, la situazione è più complicata, perché sull'hardware esistente gli sviluppatori utilizzano le funzioni DXR in dosi e la parte del leone del carico di calcolo è ancora occupata dalle istruzioni di rasterizzazione e shader. Inoltre, alcuni dei vari effetti creati utilizzando il ray tracing possono essere eseguiti bene anche sui core CUDA dei chip Pascal. Ad esempio, le superfici a specchio in Battlefield V non implicano una riflessione secondaria dei raggi e quindi rappresentano un carico fattibile per le potenti schede video della generazione precedente. Lo stesso vale per le ombre in Shadow of the Tomb Raider, anche se il rendering di ombre complesse formate da più fonti di luce è già un compito più difficile. Ma la copertura globale di Metro Exodus è difficile anche per Turing, e non ci si può aspettare che Pascal produca risultati comparabili in alcuna misura.
Qualunque cosa si possa dire, stiamo parlando di una differenza multipla nelle prestazioni teoriche tra i rappresentanti dell'architettura Turing e i loro analoghi più vicini sul silicio Pascal. Inoltre, non solo la presenza dei core RT, ma anche numerosi miglioramenti generali caratteristici degli acceleratori di nuova generazione giocano a favore di Turing. Pertanto, i chip Turing possono eseguire operazioni parallele su dati reali (FP32) e interi (INT), trasportare una grande quantità di memoria cache locale e core CUDA separati per calcoli a precisione ridotta (FP16). Tutto ciò significa che Turing non solo gestisce meglio i programmi shader, ma può anche calcolare il ray tracing in modo relativamente efficiente senza blocchi specializzati. Dopotutto, ciò che rende il rendering tramite Ray Tracing così dispendioso in termini di risorse non è solo e non tanto la ricerca di intersezioni tra raggi ed elementi geometrici (cosa che fanno i core RT), ma il calcolo del colore nel punto di intersezione (ombreggiatura). E a proposito, i vantaggi elencati dell'architettura Turing si applicano pienamente alla GeForce GTX 1660 e GTX 1660 Ti, sebbene il chip TU116 non abbia core RT, quindi i test di queste schede video con ray tracing software sono di particolare interesse.
Ma basta teoria, perché abbiamo già raccolto dati sulle prestazioni dei “Pascal” (così come dei più giovani “Turings”) in Battlefield V, Metro Exodus e Shadow of the Tomb Raider basati sulle nostre misurazioni. Tieni presente che né il driver né i giochi stessi regolano il numero di raggi per ridurre il carico sulle GPU senza core RT, il che significa che la qualità degli effetti su GeForce GTX e GeForce RTX dovrebbe essere la stessa.
Banco di prova, metodologia di prova
| banco di prova | |
|---|---|
| CPU | Intel Core i9-9900K (4,9 GHz, AVX 4,8 GHz, frequenza fissa) |
| scheda madre | ASUS MAXIMUS XI APEX |
| Memoria operativa | G.Skill Trident Z RGB F4-3200C14D-16GTZR, 2 x 8 GB (3200 MHz, CL14) |
| ROM | SSD Intel 760p, 1024 GB |
| Блок питания | Corsair AX1200i, 1200 W |
| Sistema di raffreddamento della CPU | Corsair Hydro Serie H115i |
| alloggiamento | Banco di prova CoolerMaster V1.0 |
| Controllare | NEC EA244UHD |
| Sistema operativo | Windows 10 Pro x64 |
| Software GPU NVIDIA | |
| NVIDIA GeForce RTX 20 | Driver NVIDIA GeForce Game Ready 419.67 |
| NVIDIA GeForce GTX 10/16 | Driver NVIDIA GeForce Game Ready 425.31 |
| Prove di gioco | ||||
|---|---|---|---|---|
| Gioco | API | Impostazioni, metodo di test | Antialiasing a schermo intero | |
| 1920×1080 / 2560×1440 | 3840 × 2160 | |||
| Battlefield V | DirectX 12 | OCAT, missione Liberté. Massimo. qualità grafica | TAAA Alta | TAAA Alta |
| Metro Exodus | DirectX 12 | Punto di riferimento integrato. Profilo di qualità grafica ultra | TAA | TAA |
| Shadow of the Tomb Raider | DirectX 12 | Punto di riferimento integrato. Massimo. qualità grafica | SMA 4x | Spento |
Gli indicatori del frame rate medio e minimo derivano dalla serie di tempi di rendering dei singoli fotogrammi, che viene registrata dal benchmark integrato (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) o dall'utilità OCAT, se il gioco non ne ha uno (Campo di battaglia V).
Il frame rate medio nei grafici è l'inverso del frame time medio. Per stimare il frame rate minimo, viene calcolato il numero di fotogrammi formati in ogni secondo del test. Da questa matrice di numeri viene selezionato il valore corrispondente al 1° percentile della distribuzione.
Partecipanti alla prova
Le seguenti schede video hanno preso parte ai test delle prestazioni:
- 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 (6GB);
- NVIDIA GeForce GTX 1660 (6GB);
- 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
Dato che Battlefield V stesso è un gioco abbastanza leggero (specialmente nelle modalità 1080p e 1440p) e utilizza il ray tracing nelle patch, testare la serie GeForce 10 con l'opzione DXR ha prodotto risultati incoraggianti. Tuttavia, tra tutti i modelli senza supporto Ray Tracing a livello di silicio, ci siamo dovuti limitare ai modelli GTX 1070/1070 Ti e GTX 1080/1080 Ti. I giochi Electronic Arts reagiscono con sospetto ai frequenti cambiamenti nella configurazione hardware e bloccano l'utente per un periodo di uno o più giorni. Pertanto, le misurazioni delle prestazioni della GeForce GTX 1060 e dei due dispositivi della serie GeForce GTX 16 appariranno in questo articolo più avanti, non appena Battlefield V rimuoverà le restrizioni dalla nostra macchina di prova.
In termini percentuali, tutti i partecipanti al test hanno riscontrato all'incirca lo stesso calo di prestazioni con varie impostazioni di qualità del ray tracing, indipendentemente dalla risoluzione dello schermo. Pertanto, le prestazioni delle schede video con il marchio GeForce RTX 20 diminuiscono del 28–43% con effetti DXR di qualità bassa e media e del 37–53% con qualità alta e massima.
Se parliamo di modelli precedenti della famiglia GeForce 10, ai livelli di ray tracing Basso e Medio il gioco perde dal 36 al 42% di FPS e con alta qualità (impostazioni Alta e Ultra) DXR consuma già 54-67 % del frame rate. Tieni presente che in molte scene di gioco di Battlefield V, se non nella maggior parte, non vi è alcuna differenza evidente tra le impostazioni Bassa e Media, o tra Alta e Ultra, in termini di chiarezza dell'immagine o prestazioni. Nella speranza che le GPU Pascal fossero più sensibili a questa impostazione, abbiamo eseguito dei test con tutte e quattro le impostazioni. In effetti, sono apparse alcune differenze, ma solo con la risoluzione di 2160p e entro il 6% di FPS.
In termini assoluti, qualsiasi acceleratore più vecchio sui chip Pascal può mantenere frame rate superiori a 60 FPS in modalità 1080p con una qualità di riflessione ridotta, e la GeForce GTX 1080 Ti dichiara un risultato simile anche con il tracciamento al livello Alto. Ma una volta passati alla risoluzione 1440p, solo la GeForce GTX 1080 e GTX 1080 Ti forniscono un framerate confortevole di 60 FPS o superiore con qualità di ray tracing bassa o media e, in modalità 4K, nessuna delle schede della generazione precedente ha una potenza di calcolo adeguata ( come, in effetti, qualsiasi Turing ad eccezione dell'ammiraglia GeForce RTX 2080 Ti).
Se cerchiamo parallelismi tra acceleratori specifici dei marchi GeForce GTX 10 e GeForce RTX 20, allora il miglior modello della generazione precedente (GeForce GTX 1080 Ti), che è un analogo della GeForce RTX 2080 nelle attività di rendering standard senza DXR, è sceso al livello della GeForce RTX 2070 con ray tracing di qualità ridotta, e ad alti livelli può competere solo con la GeForce RTX 2060.
| Campo di battaglia V, massimo. Qualità | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1920×1080 TAA | |||||
| RT disattivato | RT basso | RT medio | RT alto | RT Ultra | |
| NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti FE (11 GB) | 100% | -28% | -28% | -37% | -39% |
| NVIDIA GeForce RTX 2080 FE (8 GB) | 100% | -34% | -35% | -43% | -44% |
| NVIDIA GeForce RTX 2070 FE (8 GB) | 100% | -35% | -36% | -46% | -45% |
| NVIDIA GeForce RTX 2060 FE (6 GB) | 100% | -42% | -43% | -50% | -51% |
| NVIDIA GeForce GTX 1660 Ti (6 GB) | 100% | ND | ND | ND | ND |
| NVIDIA GeForce GTX 1660 (6 GB) | 100% | ND | ND | ND | ND |
| NVIDIA GeForce GTX 1080 Ti (11 GB) | 100% | -40% | -39% | -54% | -58% |
| NVIDIA GeForce GTX 1080 (8 GB) | 100% | -41% | -41% | -57% | -61% |
| NVIDIA GeForce GTX 1070 Ti (8 GB) | 100% | -40% | -41% | -57% | -59% |
| NVIDIA GeForce GTX 1070 (8 GB) | 100% | -38% | -39% | -57% | -61% |
| NVIDIA GeForce GTX 1060 (6 GB) | 100% | ND | ND | ND | ND |
| Campo di battaglia V, massimo. Qualità | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 2560×1440 TAA | |||||
| RT disattivato | RT basso | RT medio | RT alto | RT Ultra | |
| NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti FE (11 GB) | 100% | -33% | -34% | -44% | -45% |
| NVIDIA GeForce RTX 2080 FE (8 GB) | 100% | -37% | -38% | -47% | -49% |
| NVIDIA GeForce RTX 2070 FE (8 GB) | 100% | -36% | -36% | -48% | -48% |
| NVIDIA GeForce RTX 2060 FE (6 GB) | 100% | -41% | -42% | -51% | -52% |
| NVIDIA GeForce GTX 1660 Ti (6 GB) | 100% | ND | ND | ND | ND |
| NVIDIA GeForce GTX 1660 (6 GB) | 100% | ND | ND | ND | ND |
| NVIDIA GeForce GTX 1080 Ti (11 GB) | 100% | -40% | -40% | -59% | -62% |
| NVIDIA GeForce GTX 1080 (8 GB) | 100% | -36% | -39% | -59% | -63% |
| NVIDIA GeForce GTX 1070 Ti (8 GB) | 100% | -39% | -39% | -58% | -62% |
| NVIDIA GeForce GTX 1070 (8 GB) | 100% | -38% | -38% | -59% | -63% |
| NVIDIA GeForce GTX 1060 (6 GB) | 100% | ND | ND | ND | ND |
| Campo di battaglia V, massimo. Qualità | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 3840×2160 TAA | |||||
| RT disattivato | RT basso | RT medio | RT alto | RT Ultra | |
| NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti FE (11 GB) | 100% | -30% | -30% | -44% | -47% |
| NVIDIA GeForce RTX 2080 FE (8 GB) | 100% | -31% | -32% | -46% | -49% |
| NVIDIA GeForce RTX 2070 FE (8 GB) | 100% | -40% | -38% | -53% | -52% |
| NVIDIA GeForce RTX 2060 FE (6 GB) | 100% | -28% | -30% | -44% | -53% |
| NVIDIA GeForce GTX 1660 Ti (6 GB) | 100% | ND | ND | ND | ND |
| NVIDIA GeForce GTX 1660 (6 GB) | 100% | ND | ND | ND | ND |
| NVIDIA GeForce GTX 1080 Ti (11 GB) | 100% | -36% | -37% | -60% | -63% |
| NVIDIA GeForce GTX 1080 (8 GB) | 100% | -40% | -43% | -64% | -67% |
| NVIDIA GeForce GTX 1070 Ti (8 GB) | 100% | -38% | -42% | -62% | -65% |
| NVIDIA GeForce GTX 1070 (8 GB) | 100% | -36% | -42% | -63% | -66% |
| NVIDIA GeForce GTX 1060 (6 GB) | 100% | ND | ND | ND | ND |
Fonte: 3dnews.ru