Nieuw artikel: Is de GeForce RTX nog nodig? Ray tracing tests op GeForce GTX 10 en 16 versnellers

Nadat NVIDIA ray tracing in realtime presenteerde op de GeForce RTX-serie grafische kaarten, is het moeilijk om te twijfelen dat deze technologie (in een verstandige combinatie met het rasterisatie-algoritme) de toekomst van computerspellen vertegenwoordigt. Tot nu toe werden grafische processors gebaseerd op de Turing-architectuur met gespecialiseerde RT-kernen echter beschouwd als de enige categorie discrete GPU's die over de benodigde rekenkracht beschikt.

Zoals tests van de eerste games die Ray Tracing hebben omarmd (Battlefield V, Metro Exodus en Shadow of the Tomb Raider) hebben aangetoond, ervaren zelfs GeForce RTX-versnellers (vooral de instapvariant - RTX 2060) een aanzienlijke daling van de framesnelheid in hybride renderingstaken. Ondanks de eerste successen kan ray tracing in realtime nog niet als een volwassen technologie worden beschouwd. Pas wanneer niet alleen de meest geavanceerde en dure apparaten, maar ook grafische kaarten in het midden prijsegedeelte de eerdere prestatienormen in de nieuwe golf van games bereiken, kan worden verklaard dat de paradigmaverschuiving, gestart door Jensen Huang, eindelijk heeft plaatsgevonden.

Ray tracing op Pascal - de voor- en nadelen

Maar nu, terwijl er nog geen woord is gezegd over de toekomstige opvolger van de Turing-architectuur, heeft NVIDIA besloten de vooruitgang te stimuleren. Op de GPU Technology Conference van vorige maand kondigde het groene team aan dat accelerators op Pascal-chips, evenals de instapmodellen van de Turing-familie (GeForce GTX 16-serie), de functie voor ray tracing in realtime zullen verkrijgen, net als de producten onder het RTX-merk. Vandaag kan de beloofde driver al worden gedownload van de officiële NVIDIA-website, en de lijst met apparaten omvat modellen van de GeForce 10-familie, te beginnen met de GeForce GTX 1060 (6 GB-versie), de professionele accelerator TITAN V op de Volta-chip, en uiteraard de nieuwere modellen in het midden prijsegedeelte op de TU116-chip - GeForce GTX 1660 en GTX 1660 Ti. De update geldt ook voor laptops met de bijbehorende GPU's.

Technisch gezien is hier niets bovennatuurlijks aan de hand. Grafische processoren met uniforme shader-blokken konden al ray tracing uitvoeren lang voordat de Turing-architectuur verscheen, hoewel ze destijds niet voldoende kracht hadden om deze mogelijkheid in games te laten gelden. Bovendien ontbrak een uniforme standaard voor softwaremethoden, naast gesloten API's zoals de eigen NVIDIA OptiX. Nu, met de DXR-uitbreiding voor Direct3D 12 en soortgelijke bibliotheken in de Vulkan-programmeerinterface, kan de game-engine hierop aanspreken, ongeacht of de grafische processor is uitgerust met gespecialiseerde logica — zolang de driver deze mogelijkheid biedt. De Turing-chips hebben hiervoor aparte RT-kernen, terwijl bij de Pascal-architectuur en de TU116-processor ray tracing wordt gerealiseerd in de vorm van algemene rekenschema's op een verzameling shader-ALU's.

Echter, alles wat we weten over de Turing-architectuur volgens NVIDIA zelf, geeft aan dat Pascal niet geschikt is voor applicaties die DXR ondersteunen. In de presentatie van vorig jaar over de vlaggenschipmodellen van de Turing-familie — GeForce RTX 2080 en RTX 2080 Ti — gaven ingenieurs de volgende gegevens. Als je alle middelen van de beste consumenten-grafische kaart van de vorige generatie — de GeForce GTX 1080 Ti — zou inzetten voor ray tracing-berekeningen, zou de uiteindelijke prestatie niet meer dan 11% bedragen van wat RTX 2080 Ti theoretisch in staat is te bereiken. Even belangrijk is dat de vrije CUDA-kernen van de Turing-chip tegelijkertijd kunnen worden gebruikt voor parallelle verwerking van andere beeldcomponenten — het uitvoeren van shader-programma's, de wachtrij van niet-grafische berekeningen van Direct3D bij asynchrone uitvoering, enzovoort.

In de praktijk is de situatie ingewikkelder, aangezien ontwikkelaars gebruik maken van DXR-functies op bestaande hardware, terwijl een groot deel van de rekenbelasting nog steeds wordt ingenomen door rasterisatie en shader-instructies. Bovendien kunnen sommige verschillende effecten die met ray tracing worden gecreëerd, ook behoorlijk goed worden uitgevoerd op de CUDA-kernen van Pascal-chips. Bijvoorbeeld, spiegelende oppervlakken in Battlefield V vereisen geen secundaire reflectie van stralen, wat betekent dat ze een haalbare belasting zijn voor krachtige videokaarten van de vorige generatie. Hetzelfde geldt voor schaduwen in Shadow of the Tomb Raider, hoewel het renderen van complexe schaduwen, die door verschillende lichtbronnen worden gevormd, al een moeilijkere taak is. Maar globale verlichting in Metro Exodus is zelfs moeilijk voor de 'Turing', en van Pascal kunnen we in geen enkele mate vergelijkbare resultaten verwachten.

Hoe je het ook draait of keert, er is een aanzienlijke verschil in theoretische snelheid tussen de vertegenwoordigers van de Turing-architectuur en hun dichtstbijzijnde siliconen vergelijkingen op Pascal. Daarbij speelt niet alleen de aanwezigheid van RT-kernen in het voordeel van Turing, maar ook de talrijke algemene verbeteringen die typisch zijn voor nieuwe generatie versnellers. Zo kunnen Turing-chips tegelijkertijd operaties op reële (FP32) en gehele (INT) gegevens uitvoeren, hebben ze een groot volume lokale cache-geheugen en aparte CUDA-kernen voor berekeningen met verminderde nauwkeurigheid (FP16). Dit betekent dat Turing niet alleen beter presteert bij shaderprogramma's, maar ook relatief efficiënt ray tracing kan uitvoeren zonder gespecialiseerde blokken. Want zo'n hulpbronintensief renderen door middel van Ray Tracing wordt niet alleen, en niet zoveel, bepaald door het vinden van snijpunten tussen stralen en geometrische elementen (waaraan RT-kernen zich bezighouden), maar vooral door de berekening van de kleur op het snijpunt (shading). Trouwens, de genoemde voordelen van de Turing-architectuur zijn volledig van toepassing op de GeForce GTX 1660 en GTX 1660 Ti, hoewel de chip TU116 geen RT-kernen heeft, waardoor de tests van deze videokaarten met softwarematige ray tracing een apart interessant onderwerp zijn.

Maar genoeg theorie, we hebben al gegevens verzameld over de prestaties van de "Pascals" (en de jongere "Turing"-kaarten) in Battlefield V, Metro Exodus en Shadow of the Tomb Raider op basis van eigen metingen. Laten we opmerken dat noch de stuurprogramma's, noch de games zelf het aantal stralen regelen om de belasting op de GPU zonder RT-kernen te verlagen, wat betekent dat de kwaliteit van de effecten op de GeForce GTX en GeForce RTX gelijk moet zijn.

Teststand, testmethodologie

De gemiddelden en minimum framesnelheden worden verkregen uit een array van rendertijd van individuele frames, geregistreerd door de ingebouwde benchmark (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) of de OCAT-tool als deze niet in het spel aanwezig is (Battlefield V).

De gemiddelde framesnelheid op de grafieken is de omgekeerde waarde van de gemiddelde tijd per frame. Voor het berekenen van de minimale framesnelheid worden het aantal frames dat per seconde is geproduceerd gedurende de test geteld. Uit deze array van getallen wordt de waarde geselecteerd die overeenkomt met het 1e percentiel van de verdeling.

Deelnemers aan de test

De volgende videokaarten namen deel aan de prestatietest:

• 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

Omdat Battlefield V zelf een vrij onveeleisende game is (vooral in de modi 1080p en 1440p) en ray tracing fragmentarisch wordt toegepast, heeft de test met de GeForce 10-serie met de DXR-optie bemoedigende resultaten opgeleverd. We moesten echter beperkt blijven tot de modellen GTX 1070/1070 Ti en GTX 1080/1080 Ti van alle modellen zonder ondersteuning voor Ray Tracing op siliciumniveau. Games van Electronic Arts reageren wantrouwig op frequente wijzigingen in de hardwareconfiguratie en blokkeren de gebruiker voor een periode van één of meerdere dagen. Daarom zullen de prestatiemetingen van de GeForce GTX 1060 en twee apparaten van de GeForce GTX 16-serie later in dit artikel verschijnen, zodra Battlefield V de beperkingen van onze testmachine opheft.

In procentuele termen ervaart elke deelnemer aan de test ongeveer dezelfde daling in prestaties bij verschillende instellingen voor ray tracing, ongeacht de schermresolutie. Zo daalt de prestatie van videokaarten onder het merk GeForce RTX 20 met 28–43% bij lage en gemiddelde kwaliteitseffecten van DXR, terwijl dit bij hoge en maximale kwaliteit daalt naar 37–53%.

Als we kijken naar de oudere modellen van de GeForce 10-familie, verliest de game 36 tot 42% FPS op de niveaus van ray tracing Low en Medium, terwijl bij hoge kwaliteit (instellingen High en Ultra) DXR al 54–67% van de frame rate opslokt. Opmering is dat er in veel, zo niet de meeste spelscenes van Battlefield V geen aanzienlijk verschil is tussen de instellingen Low en Medium, noch tussen High en Ultra — zowel wat helderheid als prestaties betreft. In de hoop dat Pascal-grafische processors gevoeliger voor deze parameter zouden zijn, hebben we tests uitgevoerd met alle vier instellingen. Er kwamen inderdaad bepaalde verschillen naar voren, maar alleen bij een resolutie van 2160p en binnen 6% FPS.

In absolute terms, any of the older accelerators based on Pascal chips can support a frame rate above 60 FPS at 1080p with reduced reflection quality, while the GeForce GTX 1080 Ti claims a similar result even at High ray tracing settings. However, when switching to a resolution of 1440p, only the GeForce GTX 1080 and GTX 1080 Ti provide a comfortable frame rate of 60 FPS or higher at Low or Medium ray tracing quality, and in 4K mode, none of the previous generation cards have sufficient computing power (as does any Turing model except the flagship GeForce RTX 2080 Ti).

If we draw parallels between specific accelerators under the GeForce GTX 10 and GeForce RTX 20 brands, the best model of the previous generation (GeForce GTX 1080 Ti), which in standard rendering tasks without DXR is analogous to the GeForce RTX 2080, has dropped to the level of the GeForce RTX 2070 with reduced ray tracing quality, and at high settings it can only compete with the GeForce RTX 2060.

Bron: 3dnews.ru