מהו Ray Tracing?
בהיבט של גרפיקה ממוחשבת, Ray Tracing היא טכניקת עיבוד המדמה מאפיינים פיזיים של אור המביאים תאורה מציאותית, צללים ואפקטים למשחקים. הוא מחקה כיצד קרן אור מקפיצה אובייקטים מנקודה מוגדרת, וממחישה את השתקפות האור מכל משטח. כל התהליך, בתורו, משפר את איכות התמונה ומעניק לצופים חוויה סוחפת יותר. הטכניקה שימשה זה מכבר בסרטים תלת-ממדיים ובסופו של דבר מצאה את דרכה במשחקי מחשב ברמה גבוהה המספקים אפקטים חזותיים באיכות קולנועית. Ray Tracing שינתה את המשחק בעולם המשחקים ומהווה טכניקת עיבוד מועדפת מאשר רסטרציה, שיש לה מגבלות בהצגת הצבעים האמיתיים של אובייקטים.
Ray Tracing במחשבי GPU של Nvidia
כיצרנית מובילה של כרטיסי מסך, Nvidia תמיד הייתה נועזת בניסויים בדרכים חדשות לשיפור האיכות החזותית של מוצריה. החל מספטמבר 2018, Nvidia הוציאה כרטיסי מסך עם תכונות Ray Tracing. ארכיטקטורת ה- Turing של Nvidia היא עיצוב GPU הראשון עם חומרה ייעודית, או ליבות RT, לעיבוד Ray Tracing בזמן אמת.
מהן ליבות RT?
מעקב אחר ריי בדרך כלל שמור ליישומים שאינם בזמן אמת מכיוון שזמן המחשוב שנדרש לעיבוד פעולת מעקב הקרן ארוך בהרבה מאפקטים חזותיים אחרים. Nvidia עשתה פריצת דרך על ידי שילוב חומרה בעיצובים האדריכליים שלהם במטרה היחידה של חישוב מעקב אחר קרן בזמן אמת. חומרה נוספת זו, המכונה RT Cores, נחנכה בכרטיסי המסך RTX מבוססי Turing של Nvidia. זה היה גם כרטיס המסך הראשון לצרכן בעולם עם תמיכה במעקב אחר קרן ברמת החומרה
ליבות RT מחשבות את צבעי הפיקסלים כאשר קרן אור עוברת מנקודה אחת לאחרת. התהליך הופך מורכב יותר כשיש שפע של מקורות אור. יתר על כן, מספר תהליכים המעורבים במעקב אחר קרניים כגון Ray Casting, Path Tracing, BVH (Bounding Volume Hierarchy) וניקוי סינון הופכים אותו לטכניקה אינטנסיבית חישובית. BVH הוא החלק הגוזל ביותר זמן בחישובי מעקב אחר קרניים, וליבות ה- RT מאיצות את מעבר ה- BVH למעקב בזמן אמת. מלבד RT-Cores, יש קבוצה נוספת של חומרה במחשבי ה- GPU של Nvidia שמשחקים תפקיד במתן מעקב אחר קרניים בזמן אמת. ליבות ה- Tensor, המיועדות להאצת בינה מלאכותית, מסייעות גם בחיסול בזמן אמת ומזרזות את יציקת הקרן.
כרטיסי מסך Nvidia עם תמיכה במעקב אחר Ray
כרטיסי Nvidia עם ליבות RT מהווים זינוק גדול עבור יצרנית כרטיסי המסך הנודעת בעולם. עם זאת, זה מבוסס על חומרה ולמהדורות קודמות של כרטיסי מסך אין תכונות כאלה. מכיוון שלמעקב אחר קרן יש פנייה עצומה לצרכנים, Nvidia הפכה את התכונה לזמינה גם לכרטיסי מסך ישנים יותר. מכיוון שארכיטקטורות ישנות יותר אינן כוללות ליבות RT בעיצובים שלהן, Nvidia איפשרה טיוח קרנות באמצעות נהגים מוכנים למשחק.
כרטיסי מסך Nvidia עם מעקב אחר ריי ברמת חומרה
הדור הראשון של ליבות RT הוצג בסדרת RTX 20 של Nvidia. RTX 2080 היה הראשון בסדרת RTX 20 שהציג את הארכיטקטורה של טיורינג. לאחר מכן הגיעו אחריו RTX 2080 Ti, RTX 2070 ו- RTX 2060. טיטאן RTX נמצא גם הוא בהרכב.
בספטמבר 2020 הציגה Nvidia את יורשו של טיורינג, Ampere, הכולל את הדור השני של ליבות ה- RT. ה- Ampere מכיל שדרוגים עצומים בשיעורי ה- RT-Cores ו- Tensor Core שמעלים את קצב ה- RT-Core ל -58 RT-TFLOPS, גבוה פי 1.7 מזה של Turing, ומספקים טיוח מעקב אחר קרניים הרבה יותר מהר ומשפר את איכות התמונה. באופן דומה, לאמפר יש יותר מפי שניים משיעור הליבות של Tensor Turing עם 238 Tensor-TFLOPS. אמפר הוא הליבה של הדור השני של ה- GPU של RTX; סדרת RTX 30 כוללת את RTX 3090, RTX 3080, RTX 3070 ברמת טיטאן ואת ה- RTX 3060 שיצאה לאחרונה.
כרטיסי מסך Nvidia עם מעקב אחר ריי ברמת תוכנה
Nvidia עשתה פריצת דרך נוספת על ידי הפעלת מעקב אחר קרניים בכרטיסי מסך נבחרים ללא ליבות RT ייעודיות. אלה חדשות טובות לגיימרים המשתמשים בדגמים הישנים יותר שאינם שוקלים לשדרג את כרטיסי המסך עדיין אך רוצים לחוות את היתרונות החזותיים של טכניקת האיתור של קרניים. כרטיסי מסך GeForce GTX 1060 6GB ומעלה יכולים כעת ליהנות מיכולות מעקב אחר קרן באמצעות DirectX Raytracing (DXR). להלן רשימת כרטיסי Nvidia התומכים ב- ray tracing באמצעות 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
בשל היעדר חומרה ייעודית למעקב אחר קרניים, כרטיסי ה- GTX יכולים להציע רק אפקטים בסיסיים של מעקב אחר קרן. ליבות הצללה מטפלות בחישובי מעקב אחר קרניים, ועומס עבודה נוסף זה עבור ליבות הצללה ישפיע על ביצועי ה- GPU. עם זאת, עם יכולות מעקב אחר קרן, גיימרים יכולים לחוות חוויה ויזואלית מושכת יותר.
העתיד של מעקב אחר ריי ב- Nvidia
הביצועים של אמפר כבר מספקים יותר לאחר הכפלת קצבי העיבוד של טיורינג. עם זאת, למרות שזה עדיין טרי מהתנור, יש כבר שמועות על יורשו, הלבלייס. אנו יכולים לצפות להתפתחויות חדשות בחישובי מעקב אחר קרניים בארכיטקטורת ה- GPU החדשה הזו. באופן דומה, הדור החדש של כרטיסי המסך RTX צפוי כבר בעבודות. העתיד של מעקב אחר קרן נראה בהיר כאשר Nvidia ממשיכה לפתח ארכיטקטורות GPU שיספקו את הרעב של הצרכן לחוויית משחק טובה יותר.