Τι είναι το Ray Tracing;
Όσον αφορά τα γραφικά υπολογιστών, το Ray Tracing είναι μια τεχνική απόδοσης που προσομοιώνει τα φυσικά χαρακτηριστικά ενός φωτός που φέρνει ρεαλιστικό φωτισμό, σκιές και εφέ στα παιχνίδια. Μιμείται πώς μια ακτίνα φωτός αναπηδά από αντικείμενα από ένα καθορισμένο σημείο, απεικονίζοντας την αντανάκλαση του φωτός από κάθε επιφάνεια. Η όλη διαδικασία, με τη σειρά της, βελτιώνει την ποιότητα της εικόνας δίνοντας στους θεατές μια πιο συναρπαστική εμπειρία. Η τεχνική έχει χρησιμοποιηθεί εδώ και καιρό σε ταινίες 3D και τελικά βρήκε τον δρόμο της σε παιχνίδια υπολογιστών υψηλού επιπέδου που παρέχουν οπτικά εφέ κινηματογραφικής ποιότητας. Το Ray Tracing έχει αλλάξει τα παιχνίδια στον κόσμο των gaming και είναι μια προτιμώμενη τεχνική απόδοσης από την rasterization, η οποία έχει περιορισμούς στην απόδοση των πραγματικών χρωμάτων των αντικειμένων.
Ray Tracing σε GPU Nvidia
Ως κορυφαίος κατασκευαστής καρτών γραφικών, η Nvidia ήταν πάντα τολμηρή στον πειραματισμό με νέους τρόπους για την καλύτερη οπτική ποιότητα των προϊόντων της. Από τον Σεπτέμβριο του 2018, η Nvidia κυκλοφορεί κάρτες γραφικών με δυνατότητες Ray Tracing. Η αρχιτεκτονική Turing της Nvidia είναι ο πρώτος σχεδιασμός GPU με ειδικό υλικό ή πυρήνες RT, για επεξεργασία Ray Tracing σε πραγματικό χρόνο.
Τι είναι οι πυρήνες RT;
Το Ray Tracing προορίζεται συνήθως για εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο, επειδή ο υπολογιστικός χρόνος που απαιτείται για την επεξεργασία της λειτουργίας ανίχνευσης ακτίνων είναι πολύ μεγαλύτερος από άλλα οπτικά εφέ. Η Nvidia έκανε μια σημαντική ανακάλυψη ενσωματώνοντας το υλικό στα αρχιτεκτονικά τους σχέδια με μοναδικό σκοπό τον υπολογισμό της ανίχνευσης ακτίνων σε πραγματικό χρόνο. Αυτό το πρόσθετο υλικό, γνωστό ως RT Cores, εγκαινιάστηκε στις κάρτες γραφικών RTX που βασίζονται στην Tvidia της Nvidia. Αυτή ήταν επίσης η πρώτη καταναλωτική κάρτα γραφικών στον κόσμο με υποστήριξη ανίχνευσης ακτίνων σε επίπεδο υλικού
Οι πυρήνες RT υπολογίζουν τα χρώματα των εικονοστοιχείων καθώς μια ακτίνα φωτός ταξιδεύει από το ένα σημείο στο άλλο. Η διαδικασία γίνεται πιο περίπλοκη όταν υπάρχει πληθώρα πηγών φωτός. Επιπλέον, αρκετές διαδικασίες που εμπλέκονται στην ανίχνευση ακτίνων, όπως η Ray Casting, η Path Tracing, η BVH (Bounding Volume Hierarchy) και το Denoising Filtering την καθιστούν μια υπολογιστικά εντατική τεχνική. Το BVH είναι το πιο χρονοβόρο μέρος των υπολογισμών ανίχνευσης ακτίνων και οι πυρήνες RT επιταχύνουν την πορεία BVH για ανίχνευση ακτίνων σε πραγματικό χρόνο. Εκτός από τους RT-Cores, υπάρχει ένα άλλο σύνολο υλικού σε GPU Nvidia που παίζει ρόλο στην παροχή ανίχνευσης ακτίνων σε πραγματικό χρόνο. Οι πυρήνες Tensor, σχεδιασμένοι για επιτάχυνση τεχνητής νοημοσύνης, βοηθούν επίσης στην απομόνωση σε πραγματικό χρόνο και επιταχύνουν τη χύτευση ακτίνων.
Κάρτες γραφικών Nvidia με υποστήριξη ανίχνευσης Ray
Οι κάρτες Nvidia με πυρήνες RT είναι ένα μεγάλο άλμα για τον παγκοσμίου φήμης κατασκευαστή καρτών γραφικών. Αυτό, ωστόσο, βασίζεται σε υλικό και οι προηγούμενες εκδόσεις καρτών γραφικών δεν διαθέτουν τέτοιες δυνατότητες. Επειδή η ανίχνευση ακτίνων έχει τεράστια έλξη για τους καταναλωτές, η Nvidia έκανε επίσης τη δυνατότητα διαθέσιμη σε παλαιότερες κάρτες γραφικών. Δεδομένου ότι οι παλαιότερες αρχιτεκτονικές δεν περιλαμβάνουν τους πυρήνες RT στα σχέδιά τους, η Nvidia έκανε δυνατή την ανίχνευση ακτίνων μέσω προγραμμάτων οδήγησης έτοιμων για παιχνίδι.
Κάρτες γραφικών Nvidia με ανίχνευση ακτίνων σε επίπεδο υλικού
Η πρώτη γενιά RT-Cores εμφανίστηκε στη σειρά RTX 20 της Nvidia. Το RTX 2080 ήταν το πρώτο στη σειρά RTX 20 που παρουσίασε την αρχιτεκτονική του Turing. Στη συνέχεια ακολούθησαν τα RTX 2080 Ti, RTX 2070 και RTX 2060. Το Titan RTX είναι επίσης στη σειρά.
Τον Σεπτέμβριο του 2020, η Nvidia παρουσίασε τον διάδοχο του Turing, το Ampere, το οποίο διαθέτει τη δεύτερη γενιά πυρήνων RT. Το Ampere παρουσιάζει τεράστιες αναβαθμίσεις στους ρυθμούς RT-Cores και Tensor Cores, αυξάνοντας τον ρυθμό RT-Core σε 58 RT-TFLOPS, 1,7 φορές υψηλότερο από αυτόν του Turing, παρέχοντας μια πολύ ταχύτερη απόδοση ιχνηλάτησης ακτίνων και βελτιώνοντας την ποιότητα της εικόνας. Ομοίως, το Ampere έχει πάνω από το διπλάσιο ρυθμό Tensor Cores του Turing με 238 Tensor-TFLOPS. Το Ampere βρίσκεται στον πυρήνα της δεύτερης γενιάς GPU της RTX. Η σειρά RTX 30 περιλαμβάνει την κατηγορία Titan RTX 3090, RTX 3080, RTX 3070 και την πιο πρόσφατη κυκλοφορία RTX 3060.
Κάρτες γραφικών Nvidia με ανίχνευση ακτίνων σε επίπεδο λογισμικού
Η Nvidia έκανε μια ακόμη σημαντική ανακάλυψη επιτρέποντας την παρακολούθηση ακτίνων σε επιλεγμένες κάρτες γραφικών χωρίς αποκλειστικούς πυρήνες RT. Αυτά είναι καλά νέα για τους παίκτες που χρησιμοποιούν τα παλαιότερα μοντέλα που δεν σκέφτονται να αναβαθμίσουν τις κάρτες γραφικών ακόμα αλλά θέλουν να βιώσουν τα οπτικά οφέλη της τεχνικής ανίχνευσης ακτίνων. Οι κάρτες γραφικών GeForce GTX 1060 6GB και άνω μπορούν πλέον να απολαμβάνουν δυνατότητες ανίχνευσης ακτίνων μέσω DirectX Raytracing (DXR). Παρακάτω είναι η λίστα των καρτών Nvidia που έχουν δυνατότητα ανίχνευσης ακτίνων μέσω DXR:
- GeForce GTX 1660 Ti
- GeForce GTX 1660
- Nvidia Titan Xp (2017)
- Nvidia Titan X (2016)
- GeForce GTX 1080 Ti
- GeForce GTX 1080
- GeForce GTX 1070 Ti
- GeForce GTX 1070
- GeForce GTX 1060 6GB
Λόγω της έλλειψης ειδικού υλικού για τον εντοπισμό ακτίνων, οι κάρτες GTX μπορούν να προσφέρουν μόνο βασικά εφέ ανίχνευσης ακτίνων. Οι πυρήνες shader χειρίζονται τους υπολογισμούς ανίχνευσης ακτίνων και αυτός ο επιπλέον φόρτος εργασίας για τους πυρήνες shader θα επηρεάσει την απόδοση της GPU. Παρ 'όλα αυτά, με δυνατότητες ανίχνευσης ακτίνων, οι παίκτες μπορούν να βιώσουν μια πιο ελκυστική οπτική εμπειρία.
Το μέλλον του Ray Tracing στη Nvidia
Η απόδοση του Ampere είναι ήδη περισσότερο από ικανοποιητική μετά τον διπλασιασμό των ποσοστών επεξεργασίας του Turing. Ωστόσο, παρόλο που είναι ακόμα φρέσκο, υπάρχουν ήδη φήμες για τον διάδοχό του, το Lovelace. Μπορούμε να αναμένουμε νέες εξελίξεις στους υπολογισμούς ανίχνευσης ακτίνων σε αυτή τη νέα αρχιτεκτονική GPU. Ομοίως, μια νέα γενιά καρτών γραφικών RTX αναμένεται ήδη στα σκαριά. Το μέλλον της ανίχνευσης ακτίνων φαίνεται λαμπρό καθώς η Nvidia συνεχίζει να αναπτύσσει αρχιτεκτονικές GPU που θα ικανοποιούσαν την πείνα του καταναλωτή για μια καλύτερη εμπειρία παιχνιδιού.