Nuovo articolo: Non è più necessario il GeForce RTX? Test di ray tracing su schede grafiche GeForce GTX 10 e 16

Dopo che NVIDIA ha dimostrato il ray tracing in tempo reale sulle schede grafiche della serie GeForce RTX, è difficile dubitare che questa tecnologia (in una ragionevole combinazione con l'algoritmo di rasterizzazione) rappresenti il futuro dei giochi per computer. Tuttavia, le schede grafiche basate sull'architettura Turing con core RT specializzati sono state fino a poco tempo fa considerate l'unica categoria di GPU discrete in grado di offrire la potenza di calcolo necessaria.

Come hanno dimostrato i test dei primi giochi che hanno adottato il Ray Tracing (Battlefield V, Metro Exodus e Shadow of the Tomb Raider), anche le GPU GeForce RTX (in particolare quella più economica, l'RTX 2060) mostrano un significativo calo della frequenza di fotogrammi nelle attività di rendering ibrido. Nonostante i primi successi, la tecnologia del ray tracing in tempo reale non è ancora matura. Solo quando non solo i dispositivi più avanzati e costosi, ma anche le schede grafiche di fascia media raggiungeranno gli standard di prestazioni precedenti nei giochi della nuova generazione, si potrà dichiarare che il cambio di paradigma avviato da Jensen Huang è finalmente avvenuto.

Ray tracing su Pascal: pro e contro

Ma già adesso, mentre non è ancora stato detto nulla sul futuro successore dell'architettura Turing, NVIDIA ha deciso di accelerare i progressi. Durante l'evento GPU Technology Conference del mese scorso, il team verde ha annunciato che gli acceleratori basati su chip Pascal, così come i membri più giovani della famiglia Turing (serie GeForce GTX 16), acquisiranno la funzione di ray tracing in tempo reale, a parità dei prodotti a marchio RTX. Oggi il driver promesso è già disponibile per il download sul sito ufficiale di NVIDIA, e l'elenco dei dispositivi include i modelli della famiglia GeForce 10, a partire dalla GeForce GTX 1060 (versione da 6 GB), l'acceleratore professionale TITAN V basato su chip Volta e, naturalmente, i nuovi modelli di fascia media basati su chip TU116 — GeForce GTX 1660 e GTX 1660 Ti. L'aggiornamento ha riguardato anche i laptop con GPU corrispondenti.

Dal punto di vista tecnico, non c'è nulla di soprannaturale. Le schede grafiche con blocchi di shader unificati potevano eseguire Ray Tracing molto prima dell'arrivo dell'architettura Turing, anche se all'epoca non avevano la sufficientemente alta prestazione per rendere questa funzionalità richiesta nei giochi. Inoltre, non esisteva uno standard unificato per i metodi software, oltre a API proprietarie come NVIDIA OptiX. Ora, con l'estensione DXR per Direct3D 12 e librerie simili nell'interfaccia di programmazione Vulkan, il motore di gioco può fare riferimento a esse indipendentemente dal fatto che la scheda grafica disponga di logica specializzata — purché il driver offra tale possibilità. I chip Turing hanno core RT separati per questo scopo, mentre nell'architettura Pascal e nel processore TU116, il ray tracing è implementato come calcolo generale su un array di ALU shader.

Tuttavia, tutto ciò che sappiamo sull'architettura Turing secondo NVIDIA stessa indica che Pascal non è adatto per applicazioni con supporto DXR. Nella presentazione dello scorso anno dedicata ai modelli di punta della famiglia Turing — GeForce RTX 2080 e RTX 2080 Ti — gli ingegneri hanno fornito le seguenti informazioni. Se si utilizzassero tutte le risorse della migliore scheda grafica consumer della generazione precedente — GeForce GTX 1080 Ti — per il calcolo del ray tracing, il rendimento finale non supererebbe l'11% di ciò di cui è teoricamente capace l'RTX 2080 Ti. È altrettanto importante notare che i core CUDA liberi del chip Turing possono essere utilizzati contemporaneamente per l'elaborazione parallela di altri componenti dell'immagine — esecuzione di programmi shader, gestione della coda dei calcoli non grafici di Direct3D durante l'esecuzione asincrona e così via.

Nelle applicazioni reali, la situazione è più complessa, poiché gli sviluppatori sfruttano in modo dosato le funzioni DXR sull'hardware esistente, e gran parte del carico computazionale è ancora rappresentato dalla rasterizzazione e dalle istruzioni shader. Inoltre, alcuni effetti diversi, creati tramite ray tracing, possono essere eseguiti decentemente anche sulle unità CUDA delle schede Pascal. Ad esempio, le superfici riflettenti in Battlefield V non prevedono la riflessione secondaria dei raggi, e quindi costituiscono un carico gestibile per le potenti schede grafiche della generazione precedente. Lo stesso vale per le ombre in Shadow of the Tomb Raider, anche se il rendering delle ombre complesse, generate da più fonti di luce, rappresenta già una sfida più difficile. Tuttavia, l'illuminazione globale in Metro Exodus è una sfida persino per il "Turing", e non ci si possono aspettare risultati confrontabili da Pascal.

In un certo senso, stiamo parlando di una differenza significativa nelle prestazioni teoriche tra le architetture Turing e i loro più vicini analoghi basati su silicio Pascal. A favore di Turing non gioca solo la presenza dei cores RT, ma anche numerosi miglioramenti di carattere generale caratteristici per gli acceleratori di nuova generazione. Ad esempio, i chip Turing possono eseguire contemporaneamente operazioni su dati in virgola mobile (FP32) e interi (INT), dispongono di un ampio volume di cache locale e nuclei CUDA dedicati per calcoli a precisione ridotta (FP16). Questo significa che Turing non solo gestisce meglio i programmi di shading, ma può anche calcolare in modo relativamente efficiente la traccia dei raggi senza blocchi specializzati. Infatti, il rendering così intensivo in termini di risorse, attraverso il Ray Tracing, è reso tale non solo dalla ricerca di intersezioni tra raggi e elementi geometrici (operazione a carico degli RT-cores), ma anche dal calcolo del colore nel punto di intersezione (shading). E tra l'altro, i vantaggi dell'architettura Turing si applicano pienamente a GeForce GTX 1660 e GTX 1660 Ti, anche se nel chip TU116 non ci sono RT-cores, rendendo i test di queste schede grafiche con il ray tracing software di particolare interesse.

Ma basta con la teoria, visto che abbiamo già raccolto dati sulle prestazioni delle schede «Pascal» (così come delle più piccole «Turing») in Battlefield V, Metro Exodus e Shadow of the Tomb Raider basati su misurazioni dirette. Va notato che né il driver né i giochi stessi regolano il numero di raggi per ridurre il carico sulla GPU senza nuclei RT, il che significa che la qualità degli effetti su GeForce GTX e GeForce RTX dovrebbe essere la stessa.

Banchi di prova, metodologia di test

I valori medi e minimi dei frame per secondo sono ottenuti dall'array di tempo di rendering dei singoli fotogrammi, registrato da un benchmark integrato (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) o dall'utilità OCAT, se non presente nel gioco (Battlefield V).

La frequenza media di cambiamento dei fotogrammi nei grafici è una grandezza inversa al tempo medio di un fotogramma. Per calcolare la frequenza minima dei fotogrammi, viene determinato il numero di fotogrammi generati in ogni secondo del test. Da questo array di numeri viene selezionato il valore corrispondente al primo percentile della distribuzione.

Partecipanti al test

Nel test delle prestazioni sono state coinvolte le seguenti schede grafiche:

• 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

Grazie al fatto che Battlefield V è di per sé un gioco piuttosto poco esigente (specialmente nelle modalità 1080p e 1440p), e poiché il ray tracing è applicato in modo frammentario, il test della serie GeForce 10 con l'opzione DXR ha mostrato risultati promettenti. Tuttavia, tra tutti i modelli senza supporto per il Ray Tracing a livello di silicio, siamo stati costretti a limitarci ai modelli GTX 1070/1070 Ti e GTX 1080/1080 Ti. I giochi di Electronic Arts reagiscono con sospetto ai cambiamenti frequenti della configurazione hardware e bloccano l'utente per un periodo di uno o più giorni. Pertanto, le misurazioni delle prestazioni della GeForce GTX 1060 e di due dispositivi della serie GeForce GTX 16 appariranno in questo articolo più tardi, non appena Battlefield V rimuoverà le limitazioni dalla nostra macchina di prova.

In termini percentuali, ogni partecipante al test sperimenta una caduta di prestazioni abbastanza simile con diverse impostazioni di qualità del ray tracing, indipendentemente dalla risoluzione dello schermo. Le prestazioni delle schede grafiche della marca GeForce RTX 20 diminuiscono del 28–43 % con qualità degli effetti DXR bassa e media, e del 37–53 % con qualità alta e massima.

Per quanto riguarda i modelli superiori della famiglia GeForce 10, a livelli di ray tracing Low e Medium il gioco perde tra il 36 e il 42 % di FPS, mentre a qualità alta (impostazioni High e Ultra) il DXR riduce già il frame rate del 54-67 %. Va notato che in molte, se non nella maggior parte delle scene di gioco di Battlefield V, non c'è una differenza evidente tra le impostazioni Low e Medium, così come tra High e Ultra — né per quanto riguarda la nitidezza dell'immagine, né per le prestazioni. Sperando che le GPU Pascal siano più sensibili a questo parametro, abbiamo eseguito test a tutte e quattro le impostazioni. E in effetti, sono emerse alcune differenze, ma solo alla risoluzione 2160p e nel limite del 6% di FPS.

In termini assoluti, qualsiasi delle schede grafiche di fascia alta basate su chip Pascal può sostenere un frame rate superiore a 60 FPS in modalità 1080p con qualità delle riflessioni ridotta, e la GeForce GTX 1080 Ti si avvicina a risultati simili anche con il ray tracing impostato su High. Tuttavia, passando alla risoluzione 1440p, solo la GeForce GTX 1080 e la GTX 1080 Ti garantiscono un frame rate confortevole di 60 FPS o superiore con qualità di ray tracing Low o Medium, mentre in modalità 4K nessuna delle schede della generazione precedente dispone della potenza di calcolo adeguata (come del resto nessun Turing, tranne il top di gamma GeForce RTX 2080 Ti).

Se cerchiamo paralleli tra specifiche schede grafiche marchiate GeForce GTX 10 e GeForce RTX 20, la migliore del passato (GeForce GTX 1080 Ti), che è equivalente alla GeForce RTX 2080 nei compiti di rendering standard senza DXR, è scesa al livello della GeForce RTX 2070 con qualità di ray tracing ridotta, mentre a qualità alta può competere solo con la GeForce RTX 2060.

Fonte: 3dnews.ru