Nový článok: Potrebujete GeForce RTX? Testy ray tracingu na akcelerátoroch GeForce GTX 10 a 16

Po tom, čo NVIDIA demonštrovala prerážanie lúčov v reálnom čase na grafických kartách série GeForce RTX, je ťažké pochybovať o tom, že práve táto technológia (v rozumnom spojení s algoritmom rastrácie) je budúcnosťou počítačových hier. Avšak grafické procesory založené na architektúre Turing so špecializovanými RT jadrami boli až do nedávna považované za jedinú kategóriu diskrétnych GPU, ktorá má potrebný výpočtový výkon na to, aby túto technológiu zvládla.

Ako ukázali testy prvých hier, ktoré zvládli Ray Tracing (Battlefield V, Metro Exodus a Shadow of the Tomb Raider), aj akcelerátory GeForce RTX (najmä ten najnižší, RTX 2060) zažívajú výrazný pokles počtu snímok za sekundu pri hybridnom vykresľovaní. Napriek prvým úspechom sa prerážanie lúčov v reálnom čase ešte nedá považovať za zrelú technológiu. Až keď nielen tie najvýkonnejšie a najdrahšie zariadenia, ale aj grafické karty strednej cenovej úrovne dosiahnu bývalé štandardy výkonnosti v nových generáciách hier, bude možné vyhlásiť, že zmena paradigmy, ktorú spustil Jensen Huang, sa konečne uskutočnila.

Prerážanie lúčov na "Paskaloch" - za a proti

Ale už teraz, kým o budúcom nástupcovi architektúry Turing nepadlo ani slovo, sa NVIDIA rozhodla podporiť pokrok. Na podujatí GPU Technology Conference minulý mesiac zelený tím oznámil, že akcelerátory na čipoch Pascal a aj nižší predstavitelia rodiny Turing (séria GeForce GTX 16) získajú funkciu prerážania lúčov v reálnom čase na úrovni produktov s označením RTX. Dnes je sľúbený ovládač už dostupný na oficiálnych stránkach NVIDIA a zoznam zariadení zahŕňa modely rodiny GeForce 10, počnúc GeForce GTX 1060 (verzia 6 GB), profesionálny akcelerátor TITAN V na čipe Volta a samozrejme nové modely stredného segmentu na čipe TU116 - GeForce GTX 1660 a GTX 1660 Ti. Aktualizácia zasiahla aj notebooky s príslušnými GPU.

Z technického hľadiska tu nie je nič nadprirodzené. Grafické procesory s unifikovanými shaderovými blokmi mohli vykonávať Ray Tracing dlho pred príchodom architektúry Turing, hoci v tom čase nemali dostatočný výkon, aby mala táto možnosť vo hrách význam. Okrem toho chýbal jednotný štandard programových metód, okrem uzavretých API ako vlastný NVIDIA OptiX. Teraz, keď existuje rozšírenie DXR pre Direct3D 12 a podobné knižnice v programovacom rozhraní Vulkan, herný engine môže k nim pristupovať bez ohľadu na to, či je grafický procesor vybavený špeciálnou logikou — pokiaľ vodič umožňuje takúto funkciu. Čipy Turing majú na tento účel samostatné RT-jadra, zatiaľ čo v GPU architektúry Pascal a procesore TU116 je Ray Tracing realizovaný v formáte všeobecného výpočtového výkonu na poli shaderových ALU.

Avšak všetko, čo vieme o architektúre Turing zo slov samotného NVIDIA, naznačuje, že Pascal nie je vhodný pre aplikácie s podporou DXR. Na prezentácii z minulého roka, zameranej na vlajkové lode rodiny Turing — GeForce RTX 2080 a RTX 2080 Ti — inžinieri uviedli nasledujúce údaje. Ak by sme nasadili všetky prostriedky najlepšej z koncových grafických kariet predchádzajúcej generácie — GeForce GTX 1080 Ti — na výpočty Ray Tracingu, konečný výkon by nepresiahol 11 % toho, na čo by teoreticky mohol RTX 2080 Ti dosiahnuť. Rovnako dôležité je aj to, že voľné CUDA-jadra čipu Turing je možné v rovnakom čase využiť na paralelnú prácu s inými komponentmi obrazu — vykonávanie shaderových programov, spracovanie ne-grafických výpočtov Direct3D pri asynchrónnom vykonávaní a tak ďalej.

V reálnych hrách je situácia komplikovanejšia, pretože vývojári na existujúcom hardvéri dávkujú funkcie DXR, pričom väčšinu výpočtovej záťaže stále zabezpečuje rasterizácia a shaderové inštrukcie. Okrem toho niektoré rôzne efekty, ktoré sa vytvárajú pomocou ray tracingu, sa celkom dobre vykonávajú aj na CUDA-jadrách čipov Pascal. Napríklad zrkadlové povrchy v Battlefield V nezohľadňujú sekundárne odrazy lúčov, a preto predstavujú prijateľnú záťaž pre výkonné grafické karty predchádzajúcej generácie. To isté platí aj pre tiene v Shadow of the Tomb Raider, aj keď renderovanie zložitých tienidiel vytvorených viacerými zdrojmi svetla už predstavuje omnoho náročnejšiu úlohu. Naproti tomu globálne osvetlenie v Metro Exodus je aj pre "Turing" ťažko zvládnuteľné, a od Pascalu nemožno očakávať v žiadnej miere porovnateľné výsledky.

Ako sa to vezme, hovoríme o mnohonásobnom rozdiele v teoretickom výkone medzi predstaviteľmi architektúry Turing a ich najbližšími analógmi na kremíku Pascal. A prospech Turingu nezaisťuje len prítomnosť RT-jadrá, ale aj mnohé vylepšenia všeobecného charakteru, ktoré sú vlastné akcelerátorom novej generácie. Čipy Turing dokážu paralelne vykonávať operácie s reálnymi (FP32) a celými (INT) dátami, majú veľký objem lokálnej cache pamäte a samostatné CUDA-jadrá pre výpočty zníženej presnosti (FP16). To všetko znamená, že Turing nielenže lepšie zvláda shaderové programy, ale aj relatívne efektívne počíta ray tracing bez špecializovaných blokov. Veď tak náročným renderovaním pomocou Ray Tracingu nie je len a nie toľko hľadanie priesečníkov medzi lúčmi a geometrickými prvkami (na ktorých pracujú RT-jadrá), ale predovšetkým výpočet farby v bode priesečníka (shading). A mimochodom, uvedené prednosti architektúry Turing sa v plnej miere vzťahujú aj na GeForce GTX 1660 a GTX 1660 Ti, aj keď v čipe TU116 nie sú RT-jadrá, preto testy týchto grafických kariet so softvérovým ray tracingom predstavujú osobitný záujem.

Ale dosť teórie, už sme zozbierali údaje o výkonnosti „Pascalov“ (ako aj nižších „Turingoch“) v Battlefield V, Metro Exodus a Shadow of the Tomb Raider na základe našich vlastných meraní. Všimnite si, že ani ovládač, ani samotné hry neupravujú počet lúčov, aby znížili zaťaženie GPU bez RT jadier, a preto by kvalita efektov na GeForce GTX a GeForce RTX mala byť rovnaká.

Testovacia zostava, metóda testovania

Hodnoty priemernej a minimálnej snímacej frekvencie sú odvodené z poľa času rendrovania jednotlivých snímok, ktorý zaznamenáva zabudovaný benchmark (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) alebo utilita OCAT, ak táto nie je k dispozícii (Battlefield V).

Priemerná snímacia frekvencia na grafoch je prevrátená hodnota priemerného času snímky. Na hodnotenie minimálnej snímacej frekvencie sa počíta počet snímok vytvorených za každú sekundu testu. Z tohto poľa čísel sa vyberie hodnota zodpovedajúca 1. percentilu rozdelenia.

Účastníci testovania

V testovaní výkonnosti sa zúčastnili nasledujúce grafické karty:

• 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

Keďže je Battlefield V sama o sebe pomerne nenáročná hra (najmä v režimoch 1080p a 1440p) a ray tracing sa v nej využíva fragmentárne, testovanie GeForce série 10 s možnosťou DXR prinieslo povzbudzujúce výsledky. Avšak, medzi všetkými modelmi, ktoré nepodporujú ray tracing na úrovni kremíka, sme museli obmedziť testovanie na modely GTX 1070/1070 Ti a GTX 1080/1080 Ti. Hry od Electronic Arts sú nedôverčivé k častým zmenám konfigurácie hardvéru a zamykajú používateľa na obdobie jedného či viacerých dní. Preto merania výkonu GeForce GTX 1060 a dvoch zariadení série GeForce GTX 16 sa v tomto článku objavia neskôr, ako len čo Battlefield V zruší obmedzenia na našej testovacej mašine.

V percentuálnom vyjadrení sa akýkoľvek z účastníkov testovania stretáva s približne rovnakým poklesom výkonnosti pri rôznych nastaveniach kvality ray tracingu bez ohľadu na rozlíšenie obrazovky. Tak, výkonnosť grafických kariet značky GeForce RTX 20 klesá o 28–43 % pri nízkej a strednej kvalite efektov DXR, a pri vysokej a maximálnej – o 37–53 %.

Pokiaľ ide o staršie modely rodiny GeForce 10, na úrovniach ray tracingu Low a Medium hra stráca od 36 do 42 % FPS, a pri vysokej kvalite (nastavenia High a Ultra) DXR už spotrebuje 54–67 % frekvencie obnovovania snímok. Poznamenajme, že vo veľa, ak nie vo väčšine herných scén Battlefield V nie je výrazný rozdiel medzi nastaveniami Low a Medium, ani medzi High a Ultra – ani čo sa týka ostrosti obrazu, ani čo sa týka výkonnosti. V nádeji, že grafické procesory Pascal budú k tomuto parametru citlivejšie, sme vykonali testy pri všetkých štyroch nastaveniach. A naozaj, objavili sa určité rozdiely, ale len pri rozlíšení 2160p a v rámci 6% FPS.

V absolútnych hodnotách ktorýkoľvek z vyšších akcelerátorov na čipoch Pascal dokáže podporovať snímkovú frekvenciu nad 60 FPS v režime 1080p pri zníženej kvalite odrazov, zatiaľ čo GeForce GTX 1080 Ti si nárokuje podobný výsledok aj pri sledovaní na úrovni High. No akonáhle prejdeme na rozlíšenie 1440p, len GeForce GTX 1080 a GTX 1080 Ti zabezpečujú komfortnú snímkovú frekvenciu na úrovni 60 FPS a vyššie pri kvalite sledovania lúčov Low alebo Medium, a v režime 4K žiadna z kariet predchádzajúcej generácie nemá vhodnú výpočtovú silu (ako, mimochodom, žiadny Turing s výnimkou vlajkovej lode GeForce RTX 2080 Ti).

Ak hľadáme paralely medzi konkrétnymi akcelerátormi pod značkou GeForce GTX 10 a GeForce RTX 20, tak najlepšia model minulého generácie (GeForce GTX 1080 Ti), ktorá v úlohách štandardného renderovania bez DXR je ekvivalentom GeForce RTX 2080, klesla na úroveň GeForce RTX 2070 pri zníženej kvalite sledovania lúčov, a pri vysokej môže zápasiť akurát s GeForce RTX 2060.

Zdroj: 3dnews.ru