Nadat NVIDIA real-time ray tracing demonstreerde op de videokaarten uit de GeForce RTX-serie, valt er moeilijk aan te twijfelen dat deze technologie (in redelijke combinatie met het rasterisatie-algoritme) de toekomst van computerspellen is. GPU's gebaseerd op de Turing-architectuur met gespecialiseerde RT-kernen werden tot voor kort echter beschouwd als de enige categorie discrete GPU's die de daarvoor geschikte rekenkracht hebben.
Zoals tests van de eerste games die Ray Tracing onder de knie hebben (Battlefield V, Metro Exodus en Shadow of the Tomb Raider) hebben aangetoond, ervaren zelfs GeForce RTX-accelerators (vooral de jongste, de RTX 2060) een aanzienlijke daling van de framerates in hybride renderingtaken. Ondanks vroege successen is real-time ray tracing nog geen volwassen technologie. Alleen wanneer niet alleen de meest geavanceerde en dure apparaten, maar ook grafische kaarten uit het middensegment dezelfde prestatienormen bereiken in de nieuwe golf games, zal het mogelijk zijn te verklaren dat de paradigmaverschuiving die door het bedrijf van Jensen Huang is gelanceerd eindelijk heeft plaatsgevonden.
Raytracing in Pascals - voor- en nadelen
Maar nu er nog geen woord is gezegd over de toekomstige opvolger van de Turing-architectuur, heeft NVIDIA besloten de vooruitgang te stimuleren. Tijdens het GPU Technology Conference-evenement vorige maand kondigde het groene team aan dat versnellers op Pascal-chips, evenals de lagere leden van de Turing-familie (GeForce GTX 16-serie), real-time ray tracing-functionaliteit zullen krijgen die vergelijkbaar is met RTX -merkproducten. Tegenwoordig kan de beloofde driver al worden gedownload op de officiële NVIDIA-website, en de lijst met apparaten bevat modellen van de GeForce 10-familie, te beginnen met de GeForce GTX 1060 (6 GB-versie), de professionele TITAN V-accelerator op de Volta-chip, en natuurlijk nieuw aangekomen modellen in de middenprijscategorie op de chip TU116 - GeForce GTX 1660 en GTX 1660 Ti. De update had ook gevolgen voor laptops met de bijbehorende GPU's.
Vanuit technisch oogpunt is er hier niets bovennatuurlijks. GPU's met uniforme shader-eenheden konden Ray Tracing uitvoeren lang vóór de komst van de Turing-architectuur, hoewel ze op dat moment niet snel genoeg waren om deze mogelijkheid in games veelgevraagd te maken. Bovendien was er geen uniforme standaard voor softwaremethoden, behalve gesloten API's zoals het eigen NVIDIA OptiX. Nu er een DXR-extensie is voor Direct3D 12 en soortgelijke bibliotheken in de Vulkan-programmeerinterface, heeft de game-engine er toegang toe, ongeacht of de GPU is uitgerust met gespecialiseerde logica, zolang de driver deze mogelijkheid biedt. Turing-chips hebben voor dit doel afzonderlijke RT-kernen, en in de Pascal-architectuur-GPU en TU116-processor is ray tracing geïmplementeerd in een algemeen computerformaat op een reeks shader-ALU's.
Alles wat we weten over de Turing-architectuur van NVIDIA zelf suggereert echter dat Pascal niet geschikt is voor DXR-compatibele applicaties. In de presentatie van vorig jaar gewijd aan de vlaggenschipmodellen van de Turing-familie - GeForce RTX 2080 en RTX 2080 Ti - presenteerden ingenieurs de volgende berekeningen. Als je alle middelen van de beste grafische kaart voor consumenten van de laatste generatie – de GeForce GTX 1080 Ti – in ray tracing-berekeningen gooit, zullen de resulterende prestaties niet hoger zijn dan 11% van waartoe de RTX 2080 Ti theoretisch in staat is. 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, een wachtrij van niet-grafische Direct3D-berekeningen tijdens asynchrone uitvoering, enzovoort.
In echte games is de situatie ingewikkelder, omdat ontwikkelaars op bestaande hardware DXR-functies in doses gebruiken en het leeuwendeel van de computerbelasting nog steeds wordt ingenomen door rasterisatie- en shader-instructies. Bovendien kunnen sommige van de verschillende effecten die met behulp van ray tracing worden gecreëerd, ook goed worden uitgevoerd op de CUDA-kernen van Pascal-chips. Spiegeloppervlakken in Battlefield V impliceren bijvoorbeeld geen secundaire reflectie van stralen en zijn daarom een haalbare belasting voor krachtige videokaarten van de vorige generatie. Hetzelfde geldt voor schaduwen in Shadow of the Tomb Raider, al is het weergeven van complexe schaduwen gevormd door meerdere lichtbronnen al een moeilijkere taak. Maar de mondiale berichtgeving in Metro Exodus is zelfs voor Turing moeilijk, en van Pascal kan niet worden verwacht dat hij in enige mate vergelijkbare resultaten zal opleveren.
Wat je ook zegt, we hebben het over een meervoudig verschil in theoretische prestaties tussen vertegenwoordigers van de Turing-architectuur en hun meest nabije analogen op Pascal-silicium. Bovendien spelen niet alleen de aanwezigheid van RT-kernen, maar ook talrijke algemene verbeteringen die kenmerkend zijn voor de nieuwe generatie versnellers in het voordeel van Turing. Turing-chips kunnen dus parallelle bewerkingen uitvoeren op reële (FP32) en gehele (INT) gegevens, een grote hoeveelheid lokaal cachegeheugen bevatten en afzonderlijke CUDA-kernen voor berekeningen met verminderde precisie (FP16). Dit alles betekent dat Turing niet alleen beter met shader-programma's om kan gaan, maar ook ray tracing relatief efficiënt kan berekenen zonder gespecialiseerde blokken. Wat rendering met behulp van Ray Tracing zo arbeidsintensief maakt, is immers niet alleen en niet zozeer het zoeken naar snijpunten tussen stralen en geometrische elementen (wat RT-kernen doen), maar de berekening van kleur op het snijpunt (schaduw). En trouwens, de genoemde voordelen van de Turing-architectuur zijn volledig van toepassing op de GeForce GTX 1660 en GTX 1660 Ti, hoewel de TU116-chip geen RT-kernen heeft, dus tests van deze videokaarten met software-ray tracing zijn van bijzonder belang.
Maar genoeg theorie, want we hebben op basis van onze eigen metingen al gegevens verzameld over de prestaties van ‘Pascals’ (en ook jongere ‘Turings’) in Battlefield V, Metro Exodus en Shadow of the Tomb Raider. Merk op dat noch de driver, noch de games zelf het aantal stralen aanpassen om de belasting van GPU's zonder RT-cores te verminderen, wat betekent dat de kwaliteit van de effecten op GeForce GTX en GeForce RTX hetzelfde zou moeten zijn.
Proefbank, testmethodologie
| Testbank | |
|---|---|
| CPU | Intel Core i9-9900K (4,9 GHz, 4,8 GHz AVX, vaste frequentie) |
| moederbord | ASUS MAXIMUS XI-APEX |
| Оперативная память | G.Skill Trident Z RGB F4-3200C14D-16GTZR, 2 x 8 GB (3200 MHz, CL14) |
| PZU | Intel SSD 760p, 1024 GB |
| Voedingseenheid | Corsair AX1200i, 1200 W |
| CPU-koelsysteem | Corsair Hydro-serie H115i |
| behuizing | CoolerMaster-testbank V1.0 |
| monitor | NEC EA244UHD |
| Besturingssysteem | Windows 10 Pro x64 |
| NVIDIA GPU-software | |
| NVIDIA GeForce RTX 20 | NVIDIA GeForce Game Ready-stuurprogramma 419.67 |
| NVIDIA GeForce GTX 10/16 | NVIDIA GeForce Game Ready-stuurprogramma 425.31 |
| Speltesten | ||||
|---|---|---|---|---|
| Spel | API | Instellingen, testmethode | Anti-aliasing op volledig scherm | |
| 1920 × 1080 / 2560 × 1440 | 3840 × 2160 | |||
| Battlefield V | DirectX 12 | OCAT, Liberte-missie. Max. grafische kwaliteit | TAA Hoog | TAA Hoog |
| Metro Exodus | DirectX 12 | Ingebouwde maatstaf. Ultra grafisch kwaliteitsprofiel | TAA | TAA |
| Shadow of the Tomb Raider | DirectX 12 | Ingebouwde maatstaf. Max. grafische kwaliteit | SMAA 4x | Uit |
Indicatoren voor gemiddelde en minimale framesnelheden zijn afgeleid van de reeks weergavetijden van individuele frames, die worden vastgelegd door de ingebouwde benchmark (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) of het OCAT-hulpprogramma, als de game er geen heeft. (Slagveld V).
De gemiddelde framesnelheid in de grafieken is het omgekeerde van de gemiddelde frametijd. Om de minimale framesnelheid te schatten, wordt het aantal frames berekend dat in elke seconde van de test wordt gevormd. Uit deze reeks getallen wordt de waarde geselecteerd die overeenkomt met het 1e percentiel van de verdeling.
Test deelnemers
De volgende videokaarten hebben deelgenomen aan prestatietests:
- 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 redelijk lichte game is (vooral in de 1080p- en 1440p-modi) en gebruik maakt van ray tracing in patches, leverde het testen van de GeForce 10-serie met de DXR-optie bemoedigende resultaten op. Van alle modellen zonder Ray Tracing-ondersteuning op siliciumniveau moesten we ons echter beperken tot de GTX 1070/1070 Ti- en GTX 1080/1080 Ti-modellen. Electronic Arts-games reageren argwanend op veelvuldige wijzigingen in de hardwareconfiguratie en blokkeren de gebruiker voor een periode van één of meerdere dagen. Daarom zullen prestatiemetingen van de GeForce GTX 1060 en twee apparaten uit de GeForce GTX 16-serie later in dit artikel verschijnen, zodra Battlefield V de beperkingen van onze testmachine verwijdert.
In procenten ondervond elk van de testdeelnemers ongeveer dezelfde prestatiedaling bij verschillende ray tracing-kwaliteitsinstellingen, ongeacht de schermresolutie. De prestaties van videokaarten onder het merk GeForce RTX 20 nemen dus af met 28-43% bij DXR-effecten van lage en gemiddelde kwaliteit, en met 37-53% bij hoge en maximale kwaliteit.
Als we het hebben over oudere modellen van de GeForce 10-familie, dan verliest de game op de lage en gemiddelde ray tracing-niveaus 36 tot 42% van de FPS, en bij hoge kwaliteit (hoge en ultra-instellingen) eet DXR al 54-67 op % van de framesnelheid. Houd er rekening mee dat er in veel, zo niet de meeste, Battlefield V-gamescènes geen waarneembaar verschil is tussen de instellingen Laag en Medium, of tussen Hoog en Ultra, wat betreft beeldhelderheid of prestaties. In de hoop dat Pascal GPU's gevoeliger zouden zijn voor deze instelling, hebben we tests uitgevoerd met alle vier de instellingen. Er waren inderdaad bepaalde verschillen, maar alleen bij een resolutie van 2160p en binnen 6% FPS.
In absolute termen kan elk van de oudere versnellers op Pascal-chips framesnelheden boven 60 FPS handhaven in 1080p-modus met verminderde reflectiekwaliteit, en de GeForce GTX 1080 Ti claimt een vergelijkbaar resultaat, zelfs bij tracering op hoog niveau. Maar zodra je overschakelt naar een resolutie van 1440p, bieden alleen de GeForce GTX 1080 en GTX 1080 Ti een comfortabele framerate van 60 FPS of hoger met lage of gemiddelde ray tracing-kwaliteit, en in de 4K-modus heeft geen van de kaarten van de vorige generatie geschikte rekenkracht ( zoals inderdaad elke Turing, met uitzondering van het vlaggenschip GeForce RTX 2080 Ti).
Als we zoeken naar parallellen tussen specifieke versnellers onder de merken GeForce GTX 10 en GeForce RTX 20, dan is het beste model van de vorige generatie (GeForce GTX 1080 Ti), dat een analoog is van de GeForce RTX 2080 in standaard renderingtaken zonder DXR, gedaald naar het niveau van de GeForce RTX 2070 met ray tracing van verminderde kwaliteit, en op hoge niveaus kan het alleen vechten met de GeForce RTX 2060.
| Slagveld V, max. Kwaliteit | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1920×1080 TAA | |||||
| RT Uit | RT laag | RT-medium | RT Hoog | 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 |
| Slagveld V, max. Kwaliteit | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 2560×1440 TAA | |||||
| RT Uit | RT laag | RT-medium | RT Hoog | 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 |
| Slagveld V, max. Kwaliteit | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 3840×2160 TAA | |||||
| RT Uit | RT laag | RT-medium | RT Hoog | 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 |
Bron: 3dnews.ru