Поиск

Почти всё, что мы знаем о графических процессорах NVIDIA GeForce следующего поколения, основано на слухах и предположениях. Ожидается, что этим летом (самое позднее в августе на конференции Hot Chips) компания прольёт свет на эти будущее решения. Запуск же игровых видеокарт, по словам исполнительного директора Дженсена Хуанга (Jensen Huang), состоится нескоро. Последние слухи утверждают, что грядущие графические ускорители NVIDIA Turing будут поддерживать трассировку лучей в реальном времени на аппаратном уровне, что может значительно повлиять на развитие игр высокого класса, качественно повысив реализм освещения. Эти слухи вполне логичны ввиду ряда анонсов, сделанных на Game Developers Conference в этом году. Microsoft тогда представила стандарт DirectX Raytracing (DXR). NVIDIA на его базе анонсировала собственную реализацию — оптимизированную под ускорители с архитектурой Volta технологию GameWorks RTX. А позже стало известно о работах NVIDIA над методами трассировки лучей в реальном времени на API Vulkan. Директор по развитию продуктов NVIDIA Фрэнк Делиз (Frank DeLise) в конце марта даже подробно рассказал о том, как компания при помощи RTX собирается добиться работы крайне ресурсоёмкой технологии трассировки лучей в реальном времени. Речь идёт о методах, комбинирующих традиционное растрирование и просчёт пучков света: Вполне ожидаемо, что особенности архитектуры Volta, требуемые для аппаратного ускорения DXR, перекочуют и в потребительские Turing. Если слухи верны, то поддержка трассировки лучей наверняка станет одной из главных функций, на которую будут делать акцент маркетологи NVIDIA, когда будет анонсирован новый флагманский ускоритель GeForce 1180 или 2080 (возможны и другие названия). Сообщается также, что GPU Turing будут поддерживать стандарт HDMI 2.1, спецификации которого были завершены в прошлом году. HDMI 2.1 поддерживает такие востребованные потребителями возможности, как Dynamic HDR, переменная частота обновления экрана (синхронизируемая с GPU) и разрешения вплоть до 10K с частотой 120 Гц (хотя и при сжатии видеоданных с потерей в качестве). Кроме того, утверждается, что в новой серии NVIDIA GeForce будет использована улучшенная версия алгоритма автоматического разгона и технологии управления частотами, которые позволят добиться более высокой производительности. Наконец, упоминается поддержка видеопамяти стандарта GDDR6, тоже с повышенными частотами.

Технология трассировки лучей была гвоздём программы GDC’18. На конференции компания NVIDIA анонсировала свою технологию GameWorks RTX, AMD объявила о том, что в играх на базе Vulkan появится поддержка трассировки лучей, Microsoft представила соответствующее API для DirectX 12, даже студия Remedy не осталась в стороне. Но первым проектом с реальным использованием технологии будет Metro Exodus. Впрочем, нужно время, чтобы все остальные подтянулись и трассировка лучей получила широкую поддержку. Общаясь с редакцией журнала MCVUK, сооснователь Epic Games и известный программист Тим Суини (Tim Sweeney) сказал, что студии, которые начинают разработку новых AAA-проектов, определённо должны задуматься над технологией трассировки лучей. «При наличии вычислительных мощностей на уровне 25 терафлопс трассировка лучей становится лучшим способом получения реалистичного изображения. Демонстрация, которую мы показали в партнёрстве с ILMxLab, является первым шагом в этом направлении. Часть сцены рендерилась, часть — трассировалась. Все тени и отражения от трассировки лучей. Как [в случае с] фильмами, игровые движки [со временем] будут поддерживать [технологию], — сказал Тим. — Вы увидите всё больше элементов с применением технологии трассировки лучей в наших сценах, и я думаю, что через десять лет вы не найдёте ничего, кроме [неё], в наших движках. Все, кто начинает [разработку] AAA-проекта, должны задуматься об использовании трассировки лучей». На вопрос о вероятности увидеть эту технологию на консольном оборудовании следующего поколения Тим Суини уверенно ответил, что так и будет. «Ваш смартфон не будет поддерживать её в ближайшее время. Но графические чипы быстро развиваются. Вы можете обнаружить, что через два года будет хватать вычислительной мощности и в одном GPU. И вдруг это становится возможным на high-end», — сказал он. Упоминание Тимом Суини двух лет может быть просто совпадением, но примерно в этот срок ожидаются новые консоли PlayStation и Xbox. Microsoft и Sony было бы только на руку добавить поддержку новейшей перспективной технологии.

Microsoft с партнёрами, как и ожидалось, сделала важный анонс в рамках мероприятия NVIDIA GDC 2018 — в графическом API DirectX 12 появится новая функциональность в лице DirectX Raytracing (DXR). Речь идёт о стандарте программной и, что куда интереснее, аппаратной трассировки лучей (ray tracing) в рамках DirectX. До сих пор трассировка оставалась областью, малопригодной для игр и иных графических приложений реального времени из-за обилия расчётов и в конечном счёте невысокой производительности. Тем не менее, она в отличие от обычного растровой визуализации современных видеокарт, которая эмулирует тени и отражения с помощью шейдеров и других уловок, позволяет создавать более физически точную модель отражений и затенений путём отслеживания обратной траектории распространения лучей света. Структура ускорения (acceleration structure) — объект, представляющий полную 3D-среду в формате, оптимальном для обработки графическим ускорителем. Представленная в качестве двухуровневой иерархии, структура обеспечивает как оптимизированное отслеживания лучей с помощью GPU, так и эффективную модификацию динамических объектов со стороны приложения. Новый метод списка команд DispatchRays, который является отправной точкой для трассировки лучей в сцене. Именно с его помощью игра фактически передаёт рабочие нагрузки DXR на GPU. Набор новых шейдерных типов HLSL, включая ray-generation, closest-hit, any-hit и miss. Они определяют, какими именно вычислениями затенения нагружает DXR ускоритель. Когда вызывается DispatchRays, запускается шейдер генерации лучей ray-generation. Используя новую внутреннюю функцию TraceRay в HLSL, этот шейдер отслеживается в сцене. В зависимости от того, куда луч направлен, в точке пересечения может быть вызван один из нескольких шейдеров hit или miss. Это позволяет игре назначать каждому объекту свой собственный набор шейдеров и текстур, что приводит к уникальному материалу. Режим конвейера трассировки, совпадающий по духу с сегодняшними режимами графического или вычислительного конвейеров, подразумевает использование шейдеров трассировки лучей и прочие соответствующие вычислительные нагрузки. Проект PICA PICA от команды EA SEED показывает, как трассировка лучей в реальном времени при помощи DXR может выглядеть в будущих играх DXR не требует наличия новой видеокарты — по словам Microsoft, рабочие нагрузки DXR могут возлагаться на любой из существующих движков DX12. Дело в том, что по своей сути DXR является нагрузкой вычислительного типа. По словам Microsoft, современные аппаратные графические ускорители становятся всё более универсальными, и в конечном итоге большинство блоков фиксированной функциональности будут заменены на универсальный HLSL-код. Microsoft вместо традиционного подхода, предусматривающего создание для режима трассировки лучей нового метода CreateRaytracingPipelineState, предпочла более общий и гибкий метод CreateStateObject. Он может использоваться как для активации конвейера трассировки, так и для графического, вычислительного или любого другого будущего конвейера GPU. Теоретически это означает, что разработчики смогут создавать свои DXR-рейтрейсеры, в той или иной степени смешанные с традиционной растеризацией, чтобы достигать приемлемых результатов с точки зрения качества и производительности. Любопытно, что опробовать DXR разработчики могут уже сейчас. Microsoft выпустила пакет экспериментальных SDK-инструментов с примерами кода. Для работы с ним требуется участие в программе Windows Insider и грядущий весенний пакет обновлений Windows 10 Redstone 4 (RS4). Полноценный же запуск API DXR запланирован на осень. Впрочем, судя по всему, пока единственной по-настоящему оптимизированной под DXR аппаратной архитектурой является NVIDIA Volta, которой пока нет на игровом рынке. AMD ещё работает над драйвером, который обеспечит поддержку технологии. Возможно, с выходом DXR на рынок использование анонсированного ещё на GDC 2014 низкоуровневого графического API DirectX 12 станет более широким. Стоит отметить, что некоторые известные компании и игровые студии, как отмечает Microsoft, уже около года знают о создании DXR и в той или иной степени работают над разработкой стандарта и внедрением его в свои графические движки. Среди прочих названы имена Epic Games, Electronic Arts и DICE, Unity, Remedy, 4A Games, Allegorithmic и Futuremark.