Articol nou: GeForce RTX mai este necesar? Teste de ray tracing pe acceleratoarele GeForce GTX 10 și 16

După ce NVIDIA a demonstrat ray tracing în timp real pe plăcile video din seria GeForce RTX, este greu de contestat că aceasta tehnologie (într-o combinație rezonabilă cu algoritmul de rasterizare) reprezintă viitorul jocurilor pe calculator. Cu toate acestea, procesoarele grafice bazate pe arhitectura Turing cu nuclee RT specializate erau, până recent, considerate singura categorie de GPU discrete care dispune de puterea de calcul necesară.

Așa cum au arătat testele primelor jocuri care au adoptat Ray Tracing (Battlefield V, Metro Exodus și Shadow of the Tomb Raider), chiar și acceleratoarele GeForce RTX (în special cel mai mic dintre ele — RTX 2060) suferă o scădere semnificativă a ratei de cadre în sarcini de renderizare hibridă. În ciuda primelor reușite, ray tracingul în timp real nu poate fi considerat încă o tehnologie matură. Abia atunci când nu doar cele mai avansate și costisitoare dispozitive, ci și plăcile grafice din segmentul mediu de preț vor atinge standardele anterioare de performanță în jocurile de nouă generație, se va putea declara că schimbarea de paradigmă inițiată de Jensen Huang a fost, în sfârșit, realizată.

Ray tracing pe 'Pascal' — pro și contra

Dar deja acum, deși nu a fost spus niciun cuvânt despre viitorul succesor al arhitecturii Turing, NVIDIA a decis să impulsioneze progresul. La evenimentul GPU Technology Conference de luna trecută, echipa verde a anunțat că acceleratoarele cu cipuri Pascal, precum și modelele inferioare ale familiei Turing (seria GeForce GTX 16) vor dobândi funcția de ray tracing în timp real pe aceleași baze cu produsele sub marca RTX. Astăzi, driverul promis poate fi deja descărcat de pe site-ul oficial NVIDIA, iar lista dispozitivelor include modele din familia GeForce 10, începând cu GeForce GTX 1060 (versiunea de 6 GB), acceleratorul profesional TITAN V pe cipul Volta și, bineînțeles, noile modele din gama medie pe cipul TU116 — GeForce GTX 1660 și GTX 1660 Ti. Actualizarea a afectat și laptopurile echipate cu GPU-uri corespunzătoare.

Din punct de vedere tehnic, nu este nimic supranatural aici. GPU-urile cu blocuri de shader unificate puteau efectua Ray Tracing cu mult înainte de apariția arhitecturii Turing, deși, la acea vreme, nu aveau suficientă viteză de procesare pentru ca această capacitate să fie cerută în jocuri. În plus, a lipsit un standard unic de metode software, în afară de API-uri închise precum NVIDIA OptiX. Acum, când există extensia DXR pentru Direct3D 12 și biblioteci similare în interfața de programare Vulkan, motorul de joc poate să se adreseze acestora indiferent dacă GPU-ul este echipat cu logică specializată — atâta timp cât driverul oferă această posibilitate. Chip-urile Turing au nuclee RT separate pentru acest scop, iar în GPU-urile arhitecturii Pascal și procesorul TU116, trasarea razelor este implementată în format de calcul general pe un array de ALU-uri shader.

Cu toate acestea, tot ce știm despre arhitectura Turing din partea NVIDIA indică faptul că Pascal nu este adecvat pentru aplicațiile care suportă DXR. În prezentarea de anul trecut dedicată modelelor de vârf din familia Turing — GeForce RTX 2080 și RTX 2080 Ti — inginerii au adus următoarele concluzii. Dacă am aloca toate resursele celei mai bune plăci video din generația trecută — GeForce GTX 1080 Ti — pentru calculul trasării razelor, atunci performanța finală nu va depăși 11% din ceea ce teoretic poate realiza RTX 2080 Ti. De asemenea, este important de menționat că nuclee CUDA libere ale chip-ului Turing pot fi folosite în același timp pentru procesarea paralelă a altor componente ale imaginii — executarea programelor shader, coada calculelor non-grafice Direct3D în execuție asincronă și așa mai departe.

În jocurile reale, situația este mai complexă, deoarece pe hardware-ul existent, dezvoltatorii folosesc cu măsură funcțiile DXR, iar o proporție semnificativă a sarcinii de calcul este încă ocupată de rasterizare și instrucțiuni de shader. În plus, unele efecte diferite, create prin ray tracing, sunt relativ bine implementate și pe nucleele CUDA ale cipurilor Pascal. De exemplu, suprafețele reflectante din Battlefield V nu implică o reflecție secundară a razelor, ceea ce înseamnă că sunt o sarcină gestionabilă pentru plăcile video puternice din generațiile anterioare. Aceeași situație se aplică și umbrelor din Shadow of the Tomb Raider, deși randarea umbrelor complexe, formate din mai multe surse de lumină, reprezintă deja o provocare mai mare. În schimb, iluminarea globală în Metro Exodus este o provocare chiar și pentru „Turing”, iar de la Pascal nu se pot aștepta rezultate comparabile în vreun fel.

Indiferent de cum ar fi, vorbim despre o diferență semnificativă în performanța teoretică între reprezentanții arhitecturii Turing și cei mai apropiați analogi ai lor pe siliciu Pascal. Iar în favoarea Turing nu joacă doar prezența nucleelor RT, ci și numeroasele îmbunătățiri generale caracteristice acceleratoarelor de nouă generație. Astfel, cipurile Turing pot executa operații asupra datelor de tip real (FP32) și întregi (INT) în paralel, dispun de un volum mare de cache local și nuclee CUDA separate pentru calcule cu precizie redusă (FP16). Toate acestea înseamnă că Turing nu doar că face față mai bine programelor de shader, ci poate calcula relativ eficient ray tracing fără blocuri specializate. Căci, atât de resource-intensive este randarea prin Ray Tracing nu doar prin căutarea intersecțiilor între raze și elementele geometrice (de care se ocupă nucleele RT), ci și prin calcularea culorii în punctul de intersecție (shading). Și, apropo, avantajele enumerate ale arhitecturii Turing se aplică pe deplin și pentru GeForce GTX 1660 și GTX 1660 Ti, deși cipul TU116 nu are nuclee RT, așadar testele acestor plăci video cu ray tracing software reprezintă un interes aparte.

Dar suficientă teorie, deoarece am adunat deja date despre performanța „Pascalelor” (precum și a „Turing”-urilor) în Battlefield V, Metro Exodus și Shadow of the Tomb Raider pe baza măsurătorilor noastre. Să observăm că nici driverul, nici jocurile nu reglează numărul de raze pentru a reduce sarcina pe GPU fără nuclee RT, ceea ce înseamnă că calitatea efectelor pe GeForce GTX și GeForce RTX ar trebui să fie aceeași.

Banc de testare, metodologie de testare

Indicatorii medii și minime ale frecvenței cadrelor sunt extrase dintr-un set de timp de randare a cadrelor individuale, care înregistrează benchmark-ul încorporat (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) sau utilitarul OCAT, dacă nu este disponibil în joc (Battlefield V).

Frecvența medie a cadrelor pe grafice este o valoare inversă a timpului mediu al cadrului. Pentru a evalua frecvența minimă a cadrelor se calculează numărul de cadre generate în fiecare secundă a testului. Din acest set de numere se alege valoarea care corespunde percentilei de 1.

Participanții la testare

Următoarele plăci grafice au participat la testarea performanței:

• 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

Datorită faptului că Battlefield V este în sine un joc destul de puțin solicitant (în special în modurile 1080p și 1440p), iar ray tracing-ul este aplicat parțial, testul cu GeForce seria 10 folosind opțiunea DXR a adus rezultate promițătoare. Cu toate acestea, dintre toate modelele fără suport pentru Ray Tracing la nivel de siliciu, a trebuit să ne limităm la modelele GTX 1070/1070 Ti și GTX 1080/1080 Ti. Jocurile Electronic Arts reacționează cu suspiciune la schimbările frecvente ale configurației hardware și blochează utilizatorii pentru o perioadă de una sau mai multe zile. Astfel, măsurătorile performanței GeForce GTX 1060 și ale două dispozitive din seria GeForce GTX 16 vor apărea în acest articol mai târziu, odată ce Battlefield V va ridica restricțiile de pe mașina noastră de testare.

În termeni procentuali, oricare dintre participanții la testare experimentează un declin similar al performanței în funcție de diferitele setări de calitate a ray tracing-ului, indiferent de rezoluția ecranului. Astfel, performanța plăcilor video marcate GeForce RTX 20 scade cu 28-43% la calitatea scăzută și medie a efectelor DXR, iar la cea înaltă și maximă — cu 37-53%.

Dacă ne referim la modelele superioare ale familiei GeForce 10, atunci la nivelurile de ray tracing Low și Medium, jocul pierde între 36 și 42% FPS, iar la calitatea înaltă (setări High și Ultra), DXR consumă deja 54-67% din frecvența de schimbare a cadrului. Observăm că în multe, dacă nu în majoritatea scenelor de joc din Battlefield V, nu există o diferență semnificativă între setările Low și Medium, precum și între High și Ultra — nici în ceea ce privește claritatea imaginii, nici în ceea ce privește performanța. Cu speranța că procesoarele grafice Pascal vor fi mai sensibile la acest parametru, am efectuat teste cu toate cele patru setări. Și într-adevăr, au apărut anumite diferențe, dar doar la rezoluția 2160p și în limita a 6% FPS.

În termeni absoluți, orice dintre acceleratoarele mai avansate bazate pe cipuri Pascal poate menține o rată de cadre peste 60 FPS în modul 1080p cu calitate redusă a reflexiilor, iar GeForce GTX 1080 Ti poate atinge un rezultat similar chiar și cu trasare la nivel High. Însă, odată ce trecem la rezoluția 1440p, doar GeForce GTX 1080 și GTX 1080 Ti oferă un framerate confortabil de 60 FPS sau mai mult cu calitate a trasării razelor la Low sau Medium, iar în modul 4K niciunul dintre graficele din generația trecută nu are puterea de calcul necesară (la fel cum orice Turing, cu excepția flagship-ului GeForce RTX 2080 Ti).

Dacă căutăm paralele între acceleratoarele specifice sub marca GeForce GTX 10 și GeForce RTX 20, cel mai bun model din generația trecută (GeForce GTX 1080 Ti), care în sarcinile de randare standard fără DXR este echivalent cu GeForce RTX 2080, a coborât la nivelul GeForce RTX 2070 la calitate redusă a trasării razelor, iar la calitate înaltă poate concura doar cu GeForce RTX 2060.

Sursa: 3dnews.ru