Με την πρώτη γενιά καρτών γραφικών RTX το 2018, η Nvidia εισήγαγε τον κόσμο σε ένα ολοκαίνουργιο χαρακτηριστικό που υποτίθεται ότι θα άλλαζε το τοπίο του παιχνιδιού όπως το γνωρίζουμε. Οι κάρτες γραφικών σειράς RTX 2000 πρώτης γενιάς βασίστηκαν στη νέα αρχιτεκτονική Turing και έφεραν υποστήριξη για Ray Tracing σε πραγματικό χρόνο στα παιχνίδια. Το Ray Tracing είχε ήδη υπάρξει σε επαγγελματικά τρισδιάστατα κινούμενα σχέδια και συνθετικά πεδία, αλλά η Nvidia έφερε υποστήριξη για απόδοση σε πραγματικό χρόνο παιχνιδιών χρησιμοποιώντας την τεχνολογία Ray Tracing αντί της παραδοσιακής ραστεροποίησης που υποτίθεται ότι άλλαζε τα παιχνίδια. Η ραστεροποίηση είναι η παραδοσιακή τεχνική μέσω της οποίας αποδίδονται τα παιχνίδια, ενώ το Ray Tracing χρησιμοποιεί πολύπλοκους υπολογισμούς για να απεικονίσει με ακρίβεια πώς το φως θα αλληλεπιδρούσε και θα συμπεριφερόταν στο περιβάλλον του παιχνιδιού όπως θα συνέβαινε στην πραγματική ζωή. Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για το Ray Tracing and Rasterization σε αυτό το κομμάτι περιεχομένου .
Το Ray Traced Reflections μπορεί να είναι η πιο ευχάριστη εφαρμογή του Ray Tracing σε παιχνίδια - Εικόνα: Nvidia
Το 2018, η AMD δεν είχε καμία απάντηση για τη σειρά καρτών γραφικών RTX της Nvidia και τη λειτουργία Ray Tracing. Η Red Team απλά δεν ήταν έτοιμη για την καινοτόμο εισαγωγή της Nvidia, και αυτό έβαλε τις κορυφαίες προσφορές τους σε σημαντικό μειονέκτημα σε σύγκριση με την Team Green. Το AMD RX 5700 XT ήταν μια φανταστική κάρτα γραφικών στην τιμή των 399 $ που ανταγωνίστηκε την απόδοση του $ 499 RTX 2070 Super. Το μεγαλύτερο πρόβλημα όμως για την AMD ήταν το γεγονός ότι ο ανταγωνισμός προσέφερε μια τεχνολογία που δεν διέθετε. Αυτό σε συνδυασμό με το ποικίλο σύνολο χαρακτηριστικών, την υποστήριξη DLSS, τους σταθερούς οδηγούς και τη συνολική ανώτερη απόδοση έβαλαν τις προσφορές Nvidia σε ένα σημαντικό πλεονέκτημα όσον αφορά τη γενιά Turing έναντι RDNA.
Σειρά AMD RX 6000 με Ray Tracing
Γρήγορα προς τα εμπρός έως το 2020 και η AMD έφερε τελικά τον αγώνα στις κορυφαίες προσφορές της Nvidia. Όχι μόνο η AMD εισήγαγε υποστήριξη για Real-Time Ray Tracing σε παιχνίδια, αλλά έχουν επίσης κυκλοφορήσει 3 κάρτες γραφικών που είναι εξαιρετικά ανταγωνιστικές με τις κορυφαίες κάρτες γραφικών από τη Nvidia. Το AMD RX 6800, το RX 6800 XT και το RX 6900 XT μάχονται αντιμέτωποι με τα Nvidia RTX 3070, RTX 3080 και RTX 3090 αντίστοιχα. Η AMD είναι επιτέλους ανταγωνιστική και πάλι στην κορυφή της στοίβας προϊόντων, η οποία είναι πολλά υποσχόμενη είδηση και για τους καταναλωτές.
Το Raytracing είναι ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά που η AMD έχει εισαγάγει αυτήν τη γενιά - Image: AMD
Ωστόσο, τα πράγματα δεν είναι απολύτως θετικά για την AMD. Παρόλο που η AMD έχει εισαγάγει υποστήριξη για το Real-Time Ray Tracing σε παιχνίδια, η απόδοσή τους στο Ray Tracing έλαβε μια χλιαρή λήψη τόσο από τους κριτικούς όσο και από τους γενικούς καταναλωτές. Είναι κατανοητό όμως, καθώς αυτή είναι η πρώτη προσπάθεια της AMD στο Ray Tracing, οπότε θα ήταν λίγο άδικο να περιμένουμε να προσφέρουν την καλύτερη απόδοση Ray Tracing εκεί έξω στην πρώτη τους προσπάθεια. Ωστόσο, εγείρει ερωτήματα σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί η εφαρμογή Ray Tracing της AMD σε σύγκριση με την εφαρμογή της Nvidia που είδαμε με την αρχιτεκτονική Turing και τώρα με το Ampere.
Η σουίτα RTX Technologies της Nvidia
Ο κύριος λόγος για τον οποίο η απόπειρα της AMD φαίνεται να είναι εντυπωσιακή σε σύγκριση με τη Nvidia είναι ότι η AMD έπαιζε ουσιαστικά το catch-up με τη Nvidia και είχε περισσότερο ή λιγότερο μόνο 2 χρόνια χρόνο για να αναπτύξει και να τελειοποιήσει την εφαρμογή του Ray Tracing. Η Nvidia από την άλλη πλευρά αναπτύσσει αυτήν την τεχνολογία για πολύ περισσότερο καθώς δεν είχε κανέναν να ανταγωνιστεί στην κορυφή της στοίβας προϊόντων. Η Nvidia όχι μόνο παρείχε υποστήριξη Ray Tracing πριν από την AMD, αλλά είχε επίσης ένα καλύτερο οικοσύστημα υποστήριξης που χτίστηκε γύρω από την τεχνολογία.
Η Nvidia σχεδίασε τη σειρά καρτών γραφικών RTX 2000 με πρωτεύουσα εστίαση το Ray Tracing. Αυτό είναι εμφανές σε όλο το σχεδιασμό της ίδιας της αρχιτεκτονικής Turing. Όχι μόνο το Nvidia πολλαπλασίασε τον αριθμό των CUDA Cores, αλλά πρόσθεσε επίσης συγκεκριμένους πυρήνες Ray Tracing γνωστούς ως 'RT Cores' που χειρίζονται το μεγαλύτερο μέρος των υπολογισμών που απαιτούνται για το Ray Tracing. Η Nvidia ανέπτυξε επίσης μια τεχνολογία γνωστή ως 'Deep Learning Super Sampling ή DLSS', η οποία είναι μια φανταστική τεχνολογία που χρησιμοποιεί βαθιά μάθηση και AI για την εκτέλεση εργασιών αναβάθμισης και ανακατασκευής και αντισταθμίζει επίσης την απώλεια απόδοσης του Ray Tracing. Η Nvidia παρουσίασε επίσης αφιερωμένο 'Tensor Cores' σε κάρτες σειράς GeForce που έχουν σχεδιαστεί για να βοηθούν στη Βαθιά Εκμάθηση και στις Εργασίες AI όπως το DLSS. Επιπλέον, η Nvidia συνεργάστηκε επίσης με στούντιο παιχνιδιών για τη βελτιστοποίηση των επερχόμενων παιχνιδιών Ray Tracing για το ειδικό υλικό Nvidia, έτσι ώστε η απόδοση να μπορεί να μεγιστοποιηθεί.
Στο Ray Tracing, το φως συμπεριφέρεται στο παιχνίδι όπως θα συνέβαινε στην πραγματική ζωή - Εικόνα: Nvidia
Οι πυρήνες RT της Nvidia
Οι πυρήνες RT ή Ray Tracing Cores είναι οι ειδικοί πυρήνες υλικού της Nvidia που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να χειρίζονται τον υπολογιστικό φόρτο εργασίας που σχετίζεται με το Real-Time Ray Tracing στα παιχνίδια. Έχοντας εξειδικευμένους πυρήνες για το Ray Tracing, εκφορτώνεται πολύς φόρτος εργασίας από τους CUDA Cores που είναι αφιερωμένοι στην τυπική απόδοση σε παιχνίδια, έτσι ώστε η απόδοση να μην επηρεάζεται πάρα πολύ από τον κορεσμό της βασικής χρήσης. Οι RT Cores θυσιάζουν την ευελιξία και εφαρμόζουν υλικό με ειδική αρχιτεκτονική για ειδικούς υπολογισμούς ή αλγόριθμους για να επιτύχουν ταχύτερες ταχύτητες.
Οι πιο συνηθισμένοι αλγόριθμοι επιτάχυνσης Ray Tracing που είναι κοινώς γνωστοί είναι οι BVH και Ray Packet Tracing και το σχηματικό διάγραμμα της αρχιτεκτονικής Turing αναφέρει επίσης BVH (Bounding Volume Hierarchy) Transversal. Το RT Core έχει σχεδιαστεί για να αναγνωρίζει και να επιταχύνει τις εντολές που σχετίζονται με την απόδοση Ray Traced σε παιχνίδια.
Ο RT Core εξήγησε - Εικόνα: Nvidia
Σύμφωνα με τον πρώην Ανώτερο Αρχιτέκτονα GPU της Nvidia, Yubo Zhang:
«[Μεταφράστηκε] Ο πυρήνας RT προσθέτει ουσιαστικά έναν ειδικό αγωγό (ASIC) στο SM για τον υπολογισμό της ακτίνας και του διασταύρωσης τριγώνου. Μπορεί να έχει πρόσβαση στο BVH και να διαμορφώσει ορισμένα buffer L0 για να μειώσει την καθυστέρηση της πρόσβασης δεδομένων BVH και τριγώνων. Το αίτημα υποβλήθηκε από την SM. Η οδηγία εκδίδεται και το αποτέλεσμα επιστρέφεται στο τοπικό μητρώο του SM. Οι παρεμβαλλόμενες οδηγίες και άλλες αριθμητικές ή μνήμες IO οδηγίες μπορούν να είναι ταυτόχρονες. Επειδή πρόκειται για λογική κυκλώματος ASIC, η απόδοση / mm2 μπορεί να αυξηθεί κατά τάξη μεγέθους σε σύγκριση με τη χρήση κωδικού shader για υπολογισμό διασταύρωσης. Παρόλο που έφυγα από το NV, συμμετείχα στο σχεδιασμό της αρχιτεκτονικής Turing. Ήμουν υπεύθυνος για χρωματισμό μεταβλητού ρυθμού. Είμαι ενθουσιασμένος που βλέπω την κυκλοφορία τώρα. '
Η Nvidia δηλώνει επίσης στη Λευκή Βίβλο Turing Architecture ότι οι RT Cores συνεργάζονται με προηγμένο φιλτράρισμα denoising, μια εξαιρετικά αποδοτική δομή επιτάχυνσης BVH που αναπτύχθηκε από την NVIDIA Research και API συμβατά με RTX για την επίτευξη ανίχνευσης ακτίνων σε πραγματικό χρόνο σε μία μόνο GPU Turing. Οι RT Cores διασχίζουν το BVH αυτόνομα, και επιταχύνοντας τις δοκιμές διασταύρωσης και διασταύρωσης ακτίνων / τριγώνων, αποφορτώνουν το SM, επιτρέποντάς του να χειριστεί μια άλλη κορυφή, pixel και υπολογιστική σκίαση. Λειτουργίες όπως το κτίριο BVH και η επανατοποθέτηση διαχειρίζονται από τον οδηγό και η παραγωγή ακτίνων και σκίαση διαχειρίζεται η εφαρμογή μέσω νέων τύπων shaders. Αυτό ελευθερώνει τις μονάδες SM να κάνουν άλλες γραφικές και υπολογιστικές εργασίες.
Επιταχυντές Ray της AMD
Η AMD μπήκε στον αγώνα Ray Tracing με τη σειρά RX 6000 και με αυτό, έχουν επίσης εισαγάγει μερικά βασικά στοιχεία στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό RDNA 2 που βοηθούν με αυτό το χαρακτηριστικό. Για τη βελτίωση της απόδοσης Ray Tracing των GPU RDNA 2 της AMD, η AMD έχει ενσωματώσει ένα στοιχείο Ray Accelerator στον πυρήνα του Compute Unit Design. Αυτοί οι Ray Accelerators υποτίθεται ότι αυξάνουν την αποδοτικότητα των τυπικών Compute Units στον υπολογιστικό φόρτο εργασίας που σχετίζεται με την Ray Tracing.
Ο μηχανισμός πίσω από τη λειτουργία των Ray Accelerators εξακολουθεί να είναι σχετικά ασαφής, ωστόσο η AMD έχει δώσει κάποια εικόνα για το πώς αυτά τα στοιχεία υποτίθεται ότι λειτουργούν. Σύμφωνα με την AMD, αυτοί οι επιταχυντές ακτινοβολίας έχουν εκφρασμένο σκοπό να διασχίσουν τη δομή της ιεραρχίας δεσμευμένου όγκου (BVH) και να προσδιορίσουν αποτελεσματικά τις διασταυρώσεις μεταξύ ακτίνων και κουτιών (και τελικά τρίγωνα) Ο σχεδιασμός υποστηρίζει πλήρως το DirectX Ray Tracing (DXR της Microsoft), το οποίο είναι το βιομηχανικό πρότυπο για PC Gaming. Εκτός από αυτό, η AMD χρησιμοποιεί ένα μετουσιωτικό βασισμένο σε Compute για να καθαρίσει τα φαινόμενα εφέ των σκηνών με ανίχνευση ακτίνων αντί να βασίζεται σε ειδικά κατασκευασμένο υλικό. Αυτό πιθανότατα θα ασκήσει επιπλέον πίεση στις δυνατότητες μικτής ακρίβειας των νέων Compute Units.
Οι Ray Accelerators εξήγησαν - εικόνα: AMD
Οι επιταχυντές Ray μπορούν επίσης να επεξεργαστούν τέσσερις διασταυρώσεις κουτιού οριοθέτησης όγκου ή μία τομή τριγώνου ανά δευτερόλεπτο, η οποία είναι πολύ ταχύτερη από την απόδοση μιας σκηνής Ray Traced χωρίς ειδικό υλικό. Υπάρχει ένα μεγάλο πλεονέκτημα στην προσέγγιση της AMD, η οποία είναι ότι οι RT Accelerators του RDNA 2 μπορούν να αλληλεπιδράσουν με το Infinity Cache της κάρτας. Είναι δυνατή η ταυτόχρονη αποθήκευση μεγάλου αριθμού Bounded Volume Structures στην κρυφή μνήμη, οπότε κάποιο φορτίο μπορεί να αφαιρεθεί από τη διαχείριση δεδομένων και τα κελιά ανάγνωσης μνήμης.
Βασική διαφορά
Η μεγαλύτερη διαφορά που είναι αμέσως προφανής κατά τη σύγκριση των RT Cores και των Ray Accelerators είναι ότι ενώ και οι δύο εκτελούν τις λειτουργίες τους αρκετά παρόμοια, οι RT Cores είναι αφιερωμένοι ξεχωριστοί πυρήνες υλικού που έχουν μοναδική λειτουργία, ενώ οι Ray Accelerators αποτελούν μέρος του η τυπική δομή μονάδας υπολογισμού στην αρχιτεκτονική RDNA 2. Όχι μόνο αυτό, οι RT Cores της Nvidia βρίσκονται στη δεύτερη γενιά τους με το Ampere με πολλές τεχνικές και αρχιτεκτονικές βελτιώσεις. Αυτό καθιστά την εφαρμογή RT Core της Nvidia πολύ πιο αποτελεσματική και ισχυρή μέθοδο Ray Tracing από την εφαρμογή της AMD με τους Ray Accelerators.
Δεδομένου ότι υπάρχει ένας ενιαίος επιταχυντής Ray που είναι ενσωματωμένος σε κάθε μονάδα υπολογισμού, το AMD RX 6900 XT παίρνει 80 ακροδέκτες ακτίνων, το 6800 XT παίρνει 72 επιταχυντές ακτίνων και το RX 6800 παίρνει 60 επιταχυντές ακτίνων. Αυτοί οι αριθμοί δεν είναι άμεσα συγκρίσιμοι με τους αριθμούς RT Core της Nvidia, καθώς αυτοί είναι αφιερωμένοι πυρήνες που έχουν κατασκευαστεί με γνώμονα μία λειτουργία. Το RTX 3090 παίρνει 82 2αρGen RT πυρήνες, το RTX 3080 παίρνει 60 2αρΟι Gen RT Cores και το RTX 3070 παίρνουν 46 2αρGen RT Cores. Το Nvidia διαθέτει επίσης ξεχωριστούς Tensor Cores σε όλες αυτές τις κάρτες που βοηθούν στη μηχανική εκμάθηση και στις εφαρμογές AI όπως το DLSS, για τις οποίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα σε αυτό το άρθρο .
Υπάρχει ένα Ray Accelerator ενσωματωμένο σε κάθε μονάδα υπολογισμού στο RDNA 2 - Εικόνα: AMD
Μελλοντική βελτιστοποίηση
Είναι δύσκολο να πούμε σε αυτό το σημείο τι ισχύει το μέλλον στο Ray Tracing για Nvidia και AMD, αλλά μπορεί κανείς να κάνει μερικές μορφωμένες εικασίες αναλύοντας την τρέχουσα κατάσταση. Από τη στιγμή της γραφής, η Nvidia κατέχει πολύ σημαντικό προβάδισμα στην απόδοση του Ray Tracing σε σύγκριση με τις προσφορές της AMD. Ενώ η AMD έχει κάνει ένα εντυπωσιακό ξεκίνημα για το RT, είναι ακόμη 2 χρόνια πίσω από τη Nvidia όσον αφορά την έρευνα, την ανάπτυξη, την υποστήριξη και τη βελτιστοποίηση. Η Nvidia έχει κλειδώσει στους περισσότερους τίτλους Ray Tracing το 2020 για να χρησιμοποιήσει το ειδικό υλικό της Nvidia καλύτερα από ό, τι έχει συνδυάσει η AMD. Αυτό, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι οι RT Cores της Nvidia είναι πιο ώριμοι και πιο ισχυροί από τους Ray Accelerators της AMD, θέτουν την AMD σε μειονεκτική θέση όταν πρόκειται για την τρέχουσα κατάσταση Ray Tracing.
Ωστόσο, η AMD σίγουρα δεν σταματά εδώ. Η AMD έχει ήδη ανακοινώσει ότι εργάζονται σε μια εναλλακτική λύση AMD έναντι του DLSS, η οποία είναι μια τεράστια βοήθεια στη βελτίωση της απόδοσης Ray Tracing. Η AMD συνεργάζεται επίσης με στούντιο παιχνιδιών για τη βελτιστοποίηση των επερχόμενων παιχνιδιών για το υλικό τους, το οποίο εμφανίζεται σε τίτλους όπως το GodFall και το Dirt 5 όπου οι κάρτες σειράς AMD RX 6000 αποδίδουν εκπληκτικά καλά. Επομένως, μπορούμε να περιμένουμε ότι η υποστήριξη Ray Tracing της AMD θα βελτιωθεί με τους επερχόμενους τίτλους και την ανάπτυξη επερχόμενων τεχνολογιών όπως το DLSS Alternative.
Τούτου λεχθέντος, από τη στιγμή της σύνταξης το RTX Suite της Nvidia είναι πολύ ισχυρό για να το αγνοήσει για όσους αναζητούν σοβαρή απόδοση Ray Tracing. Η βασική μας πρόταση θα είναι η νέα σειρά καρτών γραφικών RTX 3000 από τη Nvidia έναντι της σειράς RX 6000 της AMD για όποιον θεωρεί ότι η Ray Tracing αποτελεί σημαντικό παράγοντα στην απόφαση αγοράς. Αυτό μπορεί και πρέπει να αλλάξει με τις μελλοντικές προσφορές της AMD, καθώς και βελτιώσεις τόσο στα προγράμματα οδήγησης όσο και στη βελτιστοποίηση παιχνιδιών όσο περνά ο καιρός.
Επερχόμενα παιχνίδια που υποστηρίζουν τόσο RTX όσο και DLSS - Εικόνα: Nvidia
Τελικές λέξεις
Η AMD τελικά μπήκε στη σκηνή του Ray Tracing με την εισαγωγή της σειράς RX 6000 των καρτών γραφικών με βάση την αρχιτεκτονική RDNA 2. Αν και δεν κερδίζουν τις κάρτες της σειράς RTX 3000 της Nvidia σε άμεσα σημεία αναφοράς Ray Tracing, οι προσφορές AMD παρέχουν εξαιρετικά ανταγωνιστική απόδοση ραστεροποίησης και εντυπωσιακή αξία που μπορεί να προσελκύσει παίκτες που δεν ενδιαφέρονται τόσο πολύ για τον Ray Tracing. Ωστόσο, η AMD βρίσκεται σε καλό δρόμο για τη βελτίωση της απόδοσης Ray Tracing με πολλά βασικά βήματα σε γρήγορη διαδοχή.
Η προσέγγιση που ακολουθούν οι Nvidia και AMD για το Ray Tracing είναι παρόμοια, αλλά και οι δύο εταιρείες χρησιμοποιούν διαφορετικές τεχνικές υλικού για να το κάνουν. Οι αρχικές δοκιμές έδειξαν ότι οι αποκλειστικοί RT Cores της Nvidia ξεπερνούν τους επιταχυντές Ray AMD που είναι ενσωματωμένοι στις ίδιες τις Compute Units. Αυτό μπορεί να μην προκαλεί μεγάλη ανησυχία στον τελικό χρήστη, αλλά είναι ένα σημαντικό πράγμα που πρέπει να ληφθεί υπόψη για το μέλλον, καθώς οι προγραμματιστές παιχνιδιών αντιμετωπίζουν τώρα την απόφαση να βελτιστοποιήσουν τις δυνατότητες RT τους για μία από τις δύο προσεγγίσεις.
