Ny artikel: Behövs GeForce RTX längre? Test av ray tracing på GeForce GTX 10 och 16 kort

Efter att NVIDIA har visat realtids ray tracing på GeForce RTX-seriens grafikkort är det svårt att tvivla på att det är denna teknologi (i en rimlig kombination med rasteriseringsalgoritmen) som är framtiden för datorspel. Grafikkprocessorer baserade på Turing-arkitekturen med specialiserade RT-kärnor har dock fram till nyligen ansetts vara den enda kategorin av diskreta GPU:er som har tillräcklig beräkningskraft för detta.

Tester av de första spelen som har bemästrat Ray Tracing (Battlefield V, Metro Exodus och Shadow of the Tomb Raider) har visat att även GeForce RTX-acceleratorer (och särskilt den mest grundläggande modellen, RTX 2060) upplever ett betydande fall i bildfrekvens vid hybrid rendering. Trots de tidiga framgångarna kan man ännu inte betrakta realtids ray tracing som en mogen teknik. Först när både de mest avancerade och dyraste enheterna samt grafikkort i medelprisklassen når tidigare prestandastandarder i de nya vågspelen kan man säga att paradigmförändringen, som inletts av Jensen Huang, äntligen har inträffat.

Ray tracing på Pascal - för och emot

Men redan nu, medan framtiden för Turing-arkitekturen fortfarande är osäker, har NVIDIA beslutat att driva på utvecklingen. På GPU Technology Conference förra månaden meddelade det gröna laget att acceleratorer med Pascal-chip, liksom de mindre exemplaren av Turing-familjen (GeForce GTX 16-serien), kommer att få realtids ray tracing-funktionalitet på samma nivå som RTX-produkterna. Idag kan den utlovade drivrutinen redan laddas ner från NVIDIAs officiella webbplats, och enhetslistan inkluderar modeller från GeForce 10-familjen, med start från GeForce GTX 1060 (6 GB-versionen), den professionella acceleratoren TITAN V med Volta-chipet, och naturligtvis de nyanlända modellerna i medelprisklassen med TU116-chipet - GeForce GTX 1660 och GTX 1660 Ti. Uppdateringen har också påverkat bärbara datorer med motsvarande GPU:er.

Ur teknisk synvinkel finns det inget övernaturligt här. Grafikkort med enhetliga shaderblock har kunnat utföra Ray Tracing långt innan Turing-arkitekturen kom, även om de då inte hade tillräcklig prestanda för att denna möjlighet skulle vara efterfrågad i spel. Dessutom saknades en enda standard för programmet, förutom stängda API:er som NVIDIA OptiX. Nu när det finns en DXR-tillägg för Direct3D 12 och liknande bibliotek i Vulkan-programmeringsgränssnittet, kan spelmotorn komma åt dem oavsett om grafikkortet har specialiserad logik eller inte — så länge drivrutinen ger denna möjlighet. Turing-chips har separata RT-kärnor för detta ändamål, medan strålningsberäkningar i Pascal-arkitekturen och TU116-processorn implementeras i format för allmänna beräkningar på shader-ALU:er.

Det som vi vet om Turing-arkitekturen från NVIDIA själva tyder dock på att Pascal inte är lämplig för DXR-stödda applikationer. Under förra årets presentation om flaggskeppsmodellerna inom Turing-familjen — GeForce RTX 2080 och RTX 2080 Ti — presenterade ingenjörerna följande beräkningar. Om man skulle satsa alla resurser på det bästa av förra generationens konsumentgrafikkort — GeForce GTX 1080 Ti — på Ray Tracing-beräkningar, skulle den slutliga prestandan inte överstiga 11 % av vad RTX 2080 Ti teoretiskt kan prestera. Det är också viktigt att de lediga CUDA-kärnorna i Turing-chippet samtidigt kan användas för parallell bearbetning av andra bildkomponenter — utförande av shaderprogram, kö av icke-grafiska beräkningar i Direct3D vid asynkron körning och så vidare.

I verkliga spel är situationen mer komplex, eftersom utvecklarna på befintlig hårdvara använder DXR-funktioner doserat, och den största delen av beräkningsbelastningen består fortfarande av rasterisering och shaderinstruktioner. Dessutom kan en del olika effekter, som skapas med hjälp av ray tracing, också utföras bra på CUDA-kärnorna hos Pascal-chips. Till exempel innebär spegelytor i Battlefield V inte sekundärt ljusbrytande, och därför är de en hanterbar belastning för kraftfulla grafikkort från förra generationen. Detta gäller även skuggorna i Shadow of the Tomb Raider, även om rendering av komplexa skuggor skapade av flera ljuskällor redan utgör en svårare uppgift. Men global belysning i Metro Exodus ger stora svårigheter även för "Turing", och man kan inte förvänta sig i någon mån jämförbara resultat från Pascal.

Hur man än vrider och vänder på det handlar det om en mångfaldig skillnad i den teoretiska prestandan mellan representanter för Turing-arkitekturen och deras närmaste motsvarigheter på silikon från Pascal. Dessutom spelar Turing-fördelarna inte bara in genom användningen av RT-kärnor, utan även många allmänna förbättringar som kännetecknar nästa generations acceleratorer. Turing-chips kan parallellt utföra operationer på flyttal (FP32) och heltal (INT) och har en stor mängd lokal cache-minne och separata CUDA-kärnor för beräkningar med minskad precision (FP16). Allt detta betyder att Turing inte bara hanterar shaderprogram bättre utan också kan beräkna ray tracing relativt effektivt utan specialiserade enheter. Det är ju inte bara och inte så mycket sökandet efter korsningar mellan strålar och geometriska element (vilket RT-kärnorna sysslar med) som gör rendering med Ray Tracing så resurskrävande, utan snarare beräkningen av färg vid korsningspunkten (shading). För övrigt gäller de nämnda fördelarna med Turing-arkitekturen fullt ut för GeForce GTX 1660 och GTX 1660 Ti, även om TU116-chippet inte har RT-kärnor, vilket gör testerna av dessa grafikkort med programvarubaserad ray tracing av särskilt intresse.

Men nog mer teori, vi har redan samlat in data om prestandan av "Pascal" (och de yngre "Turing") i Battlefield V, Metro Exodus och Shadow of the Tomb Raider baserat på våra egna mätningar. Vi noterar att varken drivrutinen eller spelen själva justerar antalet strålar för att minska belastningen på GPU:er utan RT-kärnor, vilket innebär att kvaliteten på effekterna bör vara densamma för GeForce GTX och GeForce RTX.

Testsystem, testmetodik

Genomsnittlig och minimal bildhastighet hämtas från tidsserien för rendering av individuella bilder, som spelas in av den inbyggda benchmarken (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) eller OCAT-verktyget om det saknas i spelet (Battlefield V).

Den genomsnittliga bildskiftfrekvensen på diagrammen är inversen av den genomsnittliga bildtiden. För att uppskatta den minimi bildfrekvensen beräknas antalet bilder som skapades varje sekund under testet. Från denna datamängd väljs värdet motsvarande den 1:a percentilen av fördelningen.

Testdeltagare

Följande grafikkort deltog i prestandatestningen:

• 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

Eftersom Battlefield V i sig själv är ett ganska kravlöst spel (särskilt i 1080p och 1440p), och strålspårning tillämpas fragmentariskt, gav GeForce 10-serien med DXR-alternativet lovande resultat. Av alla modeller utan stöd för Ray Tracing på silicon-nivå var vi tvungna att begränsa oss till GTX 1070/1070 Ti och GTX 1080/1080 Ti. Electronic Arts-spel reagerar misstänksamt på frekventa förändringar av hårdvarukonfigurationen och blockerar användaren under en eller flera dagar. Därför kommer prestandamätningar för GeForce GTX 1060 och två enheter i GeForce GTX 16-serien att dyka upp i denna artikel senare, så snart Battlefield V tar bort begränsningarna från vår testmaskin.

I procentuellt uttryck upplever alla deltagare i testet ungefär samma nedgång i prestanda vid olika kvalitetsinställningar för strålspårning oavsett skärmupplösning. Således minskar prestandan för grafikkort under varumärket GeForce RTX 20 med 28–43 % vid låg och medel kvalitet för DXR-effekter, medan den vid hög och maximal kvalitet minskar med 37–53 %.

När det gäller de äldre modellerna i GeForce 10-familjen förlorar spelet mellan 36 och 42 % FPS på nivåerna för strålspårning Low och Medium, medan vid hög kvalitet (inställningar High och Ultra) tar DXR redan bort 54–67 % av bildfrekvensen. Vi noterar att det i många, om inte de flesta, spelscener i Battlefield V inte finns någon markant skillnad mellan inställningarna Low och Medium, liksom mellan High och Ultra — varken vad gäller bildskärpa eller prestanda. I hopp om att Pascal-grafikprocessorerna ska vara mer känsliga för denna parameter genomförde vi tester vid alla fyra inställningar. Och visst visade sig vissa skillnader, men endast vid upplösningen 2160p och inom 6% FPS.

I absoluta tal har vilken av de äldre acceleratorerna med Pascal-chips en bildfrekvens över 60 FPS i 1080p-läge med sänkt reflektionskvalitet, medan GeForce GTX 1080 Ti hävdar en liknande prestation även vid spårning på High-nivå. Men så snart man går upp till upplösningen 1440p är det endast GeForce GTX 1080 och GTX 1080 Ti som ger en bekväm bildfrekvens omkring 60 FPS och högre med låg eller medel spårningskvalitet, och i 4K-läge har inga av de tidigare generationens kort tillräcklig beräkningskraft (inte heller någon Turing, förutom flaggskeppet GeForce RTX 2080 Ti).

Om man letar efter paralleller mellan specifika acceleratorer under namnet GeForce GTX 10 och GeForce RTX 20, så har den bästa modellen från den tidigare generationen (GeForce GTX 1080 Ti), som i standard-rendering utan DXR är en motsvarighet till GeForce RTX 2080, sjunkit till nivån av GeForce RTX 2070 vid sänkt spårningskvalitet, och vid hög kvalitet kan den knappt tävla med GeForce RTX 2060.

Källa: 3dnews.ru