Nowy artykuł: GeForce RTX nie jest już potrzebny? Testy ray tracingu na kartach graficznych GeForce GTX 10 i 16

Po tym, jak NVIDIA zaprezentowała śledzenie promieni w czasie rzeczywistym na kartach graficznych z serii GeForce RTX, trudno wątpić, że to właśnie ta technologia (w odpowiednim połączeniu z algorytmem rastracji) ma przyszłość w grach komputerowych. Jednak procesory graficzne oparte na architekturze Turing z wyspecjalizowanymi rdzeniami RT do niedawna były jedyną kategorią dyskretnych GPU, która dysponowała odpowiednią mocą obliczeniową dla tej technologii.

Jak pokazują testy pierwszych gier, które opanowały Ray Tracing (Battlefield V, Metro Exodus i Shadow of the Tomb Raider), nawet akceleratory GeForce RTX (zwłaszcza jeden z nich — RTX 2060) doświadczają znacznego spadku liczby klatek na sekundę w zadaniach związanych z hybrydowym renderowaniem. Pomimo pierwszych sukcesów, śledzenie promieni w czasie rzeczywistym nie może jeszcze być uważane za dojrzałą technologię. Dopiero gdy nie tylko najnowocześniejsze i najdroższe urządzenia, ale także karty graficzne ze średniej półki osiągną dotychczasowe standardy wydajności w nowych grach, będzie można ogłosić, że zmiana paradygmatu zapoczątkowana przez Jensena Huanga w końcu się dokonała.

Śledzenie promieni na „Paskalach” — za i przeciw

Ale już teraz, zanim padnie jakiekolwiek słowo o przyszłym następcy architektury Turing, NVIDIA postanowiła przyspieszyć postęp. Na wydarzeniu GPU Technology Conference w zeszłym miesiącu zielony zespół ogłosił, że akceleratory z chipami Pascal, a także młodsze modele rodziny Turing (seria GeForce GTX 16) zdobędą funkcję śledzenia promieni w czasie rzeczywistym na równi z produktami marki RTX. Dziś obiecany sterownik jest już dostępny do pobrania na oficjalnej stronie NVIDIA, a lista urządzeń obejmuje modele rodziny GeForce 10, począwszy od GeForce GTX 1060 (wersja 6 GB), profesjonalny akcelerator TITAN V na chipie Volta oraz oczywiście nowo przybyłe modele ze średniej półki na chipie TU116 — GeForce GTX 1660 oraz GTX 1660 Ti. Aktualizacja dotyczyła również laptopów z odpowiednimi GPU.

Z technicznego punktu widzenia nie ma tutaj nic nadzwyczajnego. Układy graficzne z ujednoliconymi blokami shaderów mogły wykonywać Ray Tracing na długo przed pojawieniem się architektury Turing, chociaż w tamtym czasie nie miały wystarczającej wydajności, aby ta funkcjonalność była istotna w grach. Ponadto brakowało jednego standardu metod programowych, poza zamkniętymi API takimi jak autorski NVIDIA OptiX. Teraz, gdy istnieje rozszerzenie DXR dla Direct3D 12 oraz podobne biblioteki w interfejsie programowania Vulkan, silnik gier może do nich sięgać, niezależnie od tego, czy układ graficzny jest wyposażony w specjalizowaną logikę — o ile sterownik to umożliwia. Chipy Turing mają w tym celu oddzielne rdzenie RT, a w GPU architektury Pascal i procesorze TU116 ray tracing jest realizowany w formacie obliczeń ogólnego przeznaczenia na macierzy shaderów ALU.

Jednak wszystko, co wiemy o architekturze Turing z relacji samej NVIDIA, wskazuje, że Pascal nie nadaje się do aplikacji wspierających DXR. W zeszłorocznej prezentacji poświęconej flagowym modelom rodziny Turing — GeForce RTX 2080 i RTX 2080 Ti — inżynierowie przedstawili następujące wyliczenia. Jeśli wszystkie zasoby najlepszej z konsumenckich kart graficznych poprzedniej generacji — GeForce GTX 1080 Ti — poświęcić na obliczenia ray tracingu, to końcowa wydajność nie przekroczy 11 % tego, co w teorii potrafi RTX 2080 Ti. Nie mniej ważne jest to, że wolne rdzenie CUDA chipu Turing można jednocześnie wykorzystać do równoległego przetwarzania innych komponentów obrazu — wykonywania programów shaderowych, kolejkowania obliczeń niegraficznych Direct3D przy asynchronicznym wykonywaniu i tak dalej.

W prawdziwych grach sytuacja jest bardziej skomplikowana, ponieważ na istniejącym sprzęcie deweloperzy korzystają z funkcji DXR w ograniczonym zakresie, a większość obciążenia obliczeniowego nadal zajmuje rastrowanie i instrukcje shaderów. Ponadto część różnych efektów, które są tworzone za pomocą śledzenia promieni, jest również dobrze realizowana na rdzeniach CUDA chipów Pascal. Na przykład, refleksy na powierzchniach w Battlefield V nie zakładają wtórnego odbicia promieni, a zatem są one dość znośnym obciążeniem dla mocnych kart graficznych zeszłej generacji. To samo dotyczy cieni w Shadow of the Tomb Raider, chociaż renderowanie skomplikowanych cieni, tworzonych przez wiele źródeł światła, jest już znacznie trudniejszym zadaniem. Z kolei globalne oświetlenie w Metro Exodus z trudnością radzi sobie nawet z 'Turingiem', a z Pascalem nie można oczekiwać w żadnym stopniu porównywalnych wyników.

Nie da się ukryć, że chodzi o wielokrotną różnicę w teoretycznej wydajności między przedstawicielami architektury Turing a ich najbliższymi odpowiednikami na krzemie Pascal. Co więcej, na korzyść Turinga działa nie tylko obecność rdzeni RT, ale także liczne ogólne ulepszenia charakterystyczne dla akceleratorów nowej generacji. Tak więc chipy Turing potrafią równolegle wykonywać operacje na danych rzeczywistych (FP32) i całkowitych (INT), mają dużą ilość lokalnej pamięci podręcznej oraz oddzielne rdzenie CUDA do obliczeń o obniżonej precyzji (FP16). Wszystko to oznacza, że Turing nie tylko lepiej radzi sobie z programami shaderowymi, ale także może stosunkowo efektywnie obliczać śledzenie promieni bez wyspecjalizowanych bloków. Bowiem tak zasobożerny rendering za pomocą Ray Tracing nie jest wyłącznie wynikiem poszukiwania przecięć pomiędzy promieniami a elementami geometria (czym zajmują się rdzenie RT), ale także obliczaniem koloru w punkcie przecięcia (shading). I notabene, wymienione zalety architektury Turing w pełni dotyczą GeForce GTX 1660 i GTX 1660 Ti, chociaż w chipie TU116 nie ma rdzeni RT, więc testy tych kart graficznych z programowym śledzeniem promieni mają szczególne znaczenie.

Ale dość teorii, zebraliśmy dane dotyczące wydajności "Pascalów" (a także młodszych "Turingów") w Battlefield V, Metro Exodus i Shadow of the Tomb Raider na podstawie własnych pomiarów. Zauważmy, że ani sterownik, ani same gry nie regulują liczby promieni, aby zmniejszyć obciążenie GPU bez rdzeni RT, co oznacza, że jakość efektów na GeForce GTX i GeForce RTX powinna być taka sama.

Stacja testowa, metodologia testowania

Wartości średniej i minimalnej liczby klatek na sekundę pochodzą z zestawu czasów renderowania poszczególnych klatek, które rejestruje wbudowany benchmark (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) lub narzędzie OCAT, jeśli nie ma go w grze (Battlefield V).

Średnia liczba klatek na wykresach jest odwrotnością średniego czasu klatki. Aby ocenić minimalną liczbę klatek na sekundę, oblicza się liczbę klatek wygenerowanych w każdą sekundę testu. Z tego zbioru liczb wybiera się wartość odpowiadającą 1. percentylowi rozkładu.

Uczestnicy testowania

W testach wydajności wzięły udział następujące karty graficzne:

• 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

Dzięki temu, że Battlefield V jest stosunkowo mało wymagającą grą (szczególnie w trybach 1080p i 1440p), a ray tracing jest stosowany fragmentarycznie, testy karty GeForce serii 10 z opcją DXR przyniosły obiecujące wyniki. Niemniej jednak, spośród wszystkich modeli bez wsparcia dla Ray Tracing na poziomie kremionowym, musieliśmy ograniczyć się do modeli GTX 1070/1070 Ti oraz GTX 1080/1080 Ti. Gry Electronic Arts podejrzliwie reagują na częste zmiany konfiguracji sprzętowej i blokują użytkownika na okres jednego lub kilku dni. Dlatego pomiary wydajności GeForce GTX 1060 i dwóch urządzeń serii GeForce GTX 16 pojawią się w tym artykule później, gdy tylko Battlefield V zdejmie ograniczenia z naszej maszyny testowej.

W procentowym ujęciu każdy z uczestników testowania doświadcza mniej więcej takiego samego spadku wydajności przy różnych ustawieniach jakości ray tracingu, niezależnie od rozdzielczości ekranu. Tak więc wydajność kart graficznych marki GeForce RTX 20 spada o 28–43% przy niskiej i średniej jakości efektów DXR, a przy wysokiej i maksymalnej – o 37–53%.

Jeśli chodzi o wyższe modele rodziny GeForce 10, to na poziomach ray tracingu Low i Medium gra traci od 36 do 42% FPS, natomiast przy wysokiej jakości (ustawienia High i Ultra) DXR pochłania już 54–67% częstotliwości wyświetlania klatek. Zauważmy, że w wielu, jeśli nie w większości, scenach gry Battlefield V nie ma wyraźnej różnicy między ustawieniami Low i Medium, a także między High i Ultra – ani pod względem ostrości obrazu, ani wydajności. W nadziei, że procesory graficzne Pascal będą bardziej wrażliwe na ten parametr, przeprowadziliśmy testy przy wszystkich czterech ustawieniach. I rzeczywiście, pojawiły się pewne różnice, ale tylko przy rozdzielczości 2160p i w granicach 6% FPS.

W absolutnych wartościach każdy z wyższych akceleratorów na chipach Pascal może utrzymać liczność klatek powyżej 60 FPS w trybie 1080p przy obniżonej jakości odbić, a GeForce GTX 1080 Ti aspiruje do podobnego wyniku nawet przy śledzeniu promieni na poziomie High. Jednakże, gdy przejdziemy do rozdzielczości 1440p, jedynie GeForce GTX 1080 i GTX 1080 Ti zapewniają komfortowy współczynnik klatek na poziomie 60 FPS i więcej przy jakości śledzenia promieni Low lub Medium, a w trybie 4K żaden z kart poprzedniej generacji nie dysponuje odpowiednią mocą obliczeniową (jak zresztą jakikolwiek model Turing z wyjątkiem flagowego GeForce RTX 2080 Ti).

Jeśli szukać paraleli między konkretnymi akceleratorami marki GeForce GTX 10 a GeForce RTX 20, to najlepszy model poprzedniej generacji (GeForce GTX 1080 Ti), który w standardowych zadaniach renderowania bez DXR jest odpowiednikiem GeForce RTX 2080, spadł na poziom GeForce RTX 2070 przy obniżonej jakości śledzenia promieni, a przy wysokiej może konkurować najwyżej z GeForce RTX 2060.

Źródło: 3dnews.ru