Nvidia RT Cores לעומת AMD Ray Accelerators - הסביר

עם הדור הראשון של כרטיסי הגרפיקה של RTX בשנת 2018, Nvidia הציגה בפני העולם תכונה חדשה לגמרי שאמורה לשנות את נוף המשחק כפי שאנו מכירים אותו. הדור הראשון של כרטיסי המסך מסוג RTX 2000 התבססו על ארכיטקטורת Turing החדשה והביאו תמיכה במעקב אחר ריי בזמן אמת במשחקים. מעקב אחר ריי היה קיים כבר בתחומי אנימציה תלת ממדית מקצועית ובתחומים סינתטיים, אך Nvidia הביאה תמיכה בעיבוד בזמן אמת של משחקים באמצעות טכנולוגיית Ray Tracing במקום רסטורציה מסורתית שהייתה אמורה לשנות את המשחק. רסטריזציה היא הטכניקה המסורתית שבאמצעותה מועברים משחקים ואילו ריי טרייסינג משתמש בחישובים מורכבים כדי לתאר במדויק כיצד האור יתקשר ויתנהג בסביבת המשחק כפי שהיה בחיים האמיתיים. תוכל ללמוד עוד על מעקב אחר רייסורים והקרנתם בקטע התוכן הזה .

השתקפויות של Ray Traced יכולות להיות היישום הכי נעים לעין של Ray Tracing במשחקים - תמונה: Nvidia

עוד בשנת 2018, ל- AMD לא הייתה מענה לסדרת כרטיסי המסך RTX של Nvidia ולפונקציונליות Ray Tracing שלהם. הצוות האדום פשוט לא היה מוכן להקדמה החדשנית של Nvidia, וזה אכן העמיד את ההיצע המוביל שלהם בחסרון משמעותי בהשוואה לקבוצת גרין. AMD RX 5700 XT היה כרטיס גרפי פנטסטי במחיר של 399 $ אשר התחרה בביצועים של 499 $ RTX 2070 Super. הבעיה הגדולה ביותר עבור AMD הייתה העובדה שהתחרות הציעה טכנולוגיה שלא הייתה ברשותה. זה יחד עם מערך התכונות המגוון, תמיכת DLSS, מנהלי התקנים יציבים וביצועים מעולים כוללים העניקו את היצע Nvidia ליתרון משמעותי בכל הנוגע לדור טיורינג מול RDNA.

סדרת AMD RX 6000 עם ריי מעקב

מהר קדימה לשנת 2020 ו- AMD הביאה סוף סוף את המאבק להצעות המובילות של Nvidia. לא רק AMD הציגה תמיכה במעקב אחר Ray Ray בזמן אמת במשחקים, אלא שהם פרסמו גם 3 כרטיסי גרפיקה שהם תחרותיים ביותר לכרטיסי המסך המובילים של Nvidia. AMD RX 6800, RX 6800 XT ו- RX 6900 XT נאבקים ראש בראש עם Nvidia RTX 3070, RTX 3080 ו- RTX 3090 בהתאמה. AMD סוף סוף תחרות שוב בקצה העליון של מחסנית המוצרים שהיא חדשות מבטיחות גם עבור הצרכנים.

Raytracing הוא אחד מתכונות המפתח שהציגה AMD את הדור הזה - תמונה: AMD

עם זאת, הדברים גם לא לגמרי חיוביים עבור AMD. למרות ש- AMD הציגה תמיכה במעקב אחר רייטינג בזמן אמת במשחקים, הביצועים שלהם ב- Ray Tracing קיבלו קבלת פנים פושרת הן מהסוקרים והן מהצרכנים הכלליים. ניתן להבין אם כי מכיוון שמדובר בניסיון הראשון של AMD במעקב אחר ריי, אז זה יהיה קצת לא הוגן לצפות מהם לספק את הביצועים הטובים ביותר של ריי טרייטינג שם בניסיונם הראשון. עם זאת, זה מעלה שאלות לגבי האופן בו פועל יישום ה- Ray Tracing של AMD בהשוואה ליישום של Nvidia שראינו עם טיורינג ועכשיו ארכיטקטורת Ampere.

חבילת RTX Technologies של Nvidia

הסיבה העיקרית לכך שנראה שהניסיון של AMD היה מוחץ בהשוואה לזה של Nvidia, הוא ש- AMD בעצם שיחקה את ה- Nvidia והייתה לה פחות או יותר שנתיים של זמן לפתח ולשכלל את היישום שלהם של Ray Tracing. לעומת זאת, חברת Nvidia פיתחה טכנולוגיה זו זמן רב יותר מכיוון שלא היה לה עם מי להתמודד בראש מחסנית המוצרים. Nvidia לא רק סיפקה תמיכה ב- Ray Tracing לפני AMD, אלא שהייתה לה גם מערכת אקולוגית תומכת טובה יותר שנבנתה סביב הטכנולוגיה.

Nvidia תכננה את סדרת כרטיסי המסך RTX 2000 שלה כשמוקד העיקרי הוא Ray Tracing. זה ניכר לאורך כל תכנון ארכיטקטורת טיורינג עצמה. לא רק ש- Nvidia הכפיל את מספר ליבות ה- CUDA, אלא הם גם הוסיפו ליבות ספציפיות של Ray Tracing המיועדות המכונות 'ליבות RT' המטפלות בחלק הארי של החישובים הנדרשים עבור Ray Tracing. Nvidia פיתחה גם טכנולוגיה המכונה 'Deep Learning Super Sampling או DLSS' שהיא טכנולוגיה פנטסטית המשתמשת בלמידה עמוקה ובינה מלאכותית לביצוע משימות שינוי גודל ובנייה מחדש וגם מפצה על אובדן הביצועים של Ray Tracing. Nvidia הציגה גם 'ליבות Tensor' ייעודיות בכרטיסי סדרת GeForce אשר נועדו לעזור במשימות עמוקות ומשימות AI כגון DLSS. בנוסף לכך, Nvidia עבדה גם עם אולפני משחקים כדי לייעל את משחקי ה- Ray Tracing הקרובים עבור החומרה הייעודית של Nvidia כך שניתן יהיה למקסם את הביצועים.

ב- Ray Tracing, האור מתנהג במשחק כפי שהיה מתנהג בחיים האמיתיים - תמונה: Nvidia

ליבות ה- RT של Nvidia

ליבות RT או Ray Tracing הן ליבות החומרה הייעודיות של Nvidia שתוכננו במיוחד כדי להתמודד עם עומס העבודה החישובי המשויך למעקב אחר Ray בזמן אמת במשחקים. לאחר ליבות מיוחדות למעקב אחר ריי, מוריד עומס רב מליבות CUDA המוקדשות לעיבוד סטנדרטי במשחקים, כך שהביצועים לא מושפעים יותר מדי מהרוויה של ניצול הליבה. ליבות RT מקריבות צדדיות ומיישמות חומרה עם ארכיטקטורה מיוחדת לחישובים מיוחדים או אלגוריתמים כדי להשיג מהירויות מהירות יותר.

האלגוריתמים של תאוצה מעקב אחר Ray Ray הנפוצים יותר הם BVH ו- Ray Packet Tracing והתרשים הסכימטי של ארכיטקטורת טיורינג מציין גם את ה- BVH (Hierarky Bounding Volume) רוחבי. ה- Core Core נועד לזהות ולהאיץ את הפקודות הנוגעות לעיבוד Ray Traced במשחקים.

הסבר על ליבת ה- RT - תמונה: Nvidia

על פי אדריכל GPU לשעבר של Nvidia, יובו ג'אנג:

'[מתורגם] ליבת ה- RT למעשה מוסיפה צינור ייעודי (ASIC) ל- SM בכדי לחשב את צומת הקרן והמשולש. הוא יכול לגשת ל- BVH ולהגדיר כמה מאגרי L0 כדי להפחית את העיכוב בגישה לנתוני BVH ומשולש. הבקשה נעשית על ידי SM. ההוראה ניתנת, והתוצאה מוחזרת למרשם המקומי של ה- SM. ההוראה המשולבת והוראות חשבון IO אחרות או זיכרון יכולות להיות במקביל. מכיוון שמדובר בהיגיון מעגלי ספציפי ל- ASIC, ניתן להגדיל את הביצועים / מ'מ בסדר גודל בהשוואה לשימוש בקוד הצללה לחישוב צומת. למרות שעזבתי את NV, הייתי מעורב בתכנון ארכיטקטורת טיורינג. הייתי אחראי על צביעת קצב משתנה. אני נרגש לראות את השחרור עכשיו. '

ספריית iTunes נעולה

Nvidia מצהירה גם בספר הלבן של אדריכלות טיורינג כי ליבות RT עובדות יחד עם סינון מתקדמים של פסיכולוג, מבנה האצה יעיל ביותר של BVH שפותח על ידי NVIDIA Research וממשקי API תואמי RTX להשגת מעקב אחר קרניים בזמן אמת ב- GPU אחד של טיורינג. ליבות RT עוברות את ה- BVH באופן אוטונומי, ועל ידי האצת בדיקות חציית קרניים / משולשים, הן מורידות את ה- SM ומאפשרות לו להתמודד עם עבודות קודקוד, פיקסל ומחשב הצללה נוספות. פונקציות כגון בנייה וחידוש של BVH מטופלות על ידי הנהג, וייצור קרניים והצללה מנוהל על ידי היישום באמצעות סוגים חדשים של הצללות. זה משחרר את יחידות ה- SM לבצע עבודות גרפיות וחישוביות אחרות.

מאיצי ריי של AMD

AMD נכנסה למירוץ ריי רייטינג עם סדרת RX 6000 שלהם ובכך הם הציגו גם כמה אלמנטים מרכזיים לתכנון האדריכלי RDNA 2 המסייעים בתכונה זו. כדי לשפר את ביצועי Ray Tracing של GPUs ה- RDNA 2 של AMD, AMD שילבה רכיב מאיץ ריי בתכנון הליבה המחשובית שלה. מאיצי ריי אלה אמורים להגביר את היעילות של יחידות המחשוב הסטנדרטיות בעומסי העבודה החישוביים הקשורים למעקב אחר ריי.

המנגנון שמאחורי תפקודם של מאיצות ריי עדיין מעורפל יחסית, אולם AMD סיפקה תובנה לגבי האופן בו אמורים לעבוד האלמנטים הללו. על פי AMD, למאיצי ריי אלה יש מטרה מפורשת לחצות את מבנה היררכיית נפח מוגבל (BVH) ולקבוע ביעילות צמתים בין קרניים לתיבות (ובסופו של דבר משולשים). העיצוב תומך באופן מלא ב- DirectX Ray Tracing (DXR של מיקרוסופט) שהוא הסטנדרט התעשייתי למשחקי מחשב. בנוסף לכך, AMD משתמשת במכחשת מבוססת מחשוב כדי לנקות את ההשפעות הספקולריות של סצנות ממוקדות קרניים במקום להסתמך על חומרה ייעודית. זה כנראה יפעיל לחץ נוסף על יכולות הדיוק המעורבות של יחידות המחשוב החדשות.

הסבירו מאיצי הקרניים - תמונה: AMD

מאיצי ריי מסוגלים גם לעבד ארבעה צמתים של תיבות נפח מוגבלות או צומת משולש אחד בשנייה, וזה הרבה יותר מהיר מאשר לעבד סצנה של Ray Traced ללא חומרה ייעודית. יש יתרון גדול לגישה של AMD שהיא שמאיצי ה- RT של RDNA 2 יכולים לקיים אינטראקציה עם מטמון האינסוף של הכרטיס. ניתן לאחסן מספר גדול של מבני עוצמת קול מוגבלים בו זמנית במטמון, כך שניתן להוריד עומס כלשהו מניהול נתונים ותאי קריאת זיכרון.

הבדל מרכזי

ההבדל הגדול ביותר שברור מיד בעת השוואת ליבות RT ומאיצי ריי הוא שבעוד ששניהם מבצעים את תפקידם באופן די דומה, ליבות RT הן ליבות חומרה ייעודיות נפרדות בעלות פונקציה יחידה, בעוד שמאיצי ריי הם חלק מבנה היחידה המחשוב הסטנדרטי בארכיטקטורת RDNA 2. לא רק זאת, ה- RT Cores של Nvidia נמצאים בדור השני שלהם עם Ampere עם הרבה שיפורים טכניים ואדריכליים מתחת למכסה המנוע. זה הופך את הטמעת ה- RT Core של Nvidia לשיטת Tray Ray יעילה וחזקה בהרבה מההטמעה של AMD עם ה- Accelerators.

מכיוון שיש מאיץ ריי יחיד המובנה בכל יחידת מחשוב, ה- AMD RX 6900 XT מקבל 80 מאיצי ריי, ה- 6800 XT מקבל 72 מאיצים ו- RX 6800 מקבל מאיצי ריי. מספרים אלה אינם ניתנים להשוואה ישירה למספרי ה- Core Core של Nvidia מכיוון שמדובר בליבות ייעודיות שנבנו עם פונקציה אחת בראש. RTX 3090 מקבל 82 2^נדליבות RT RT, ה- RTX 3080 מקבל 60 2^נדליבות Gen RT ו- RTX 3070 מקבל 46 2^נדליבות Gen RT. ל- Nvidia יש גם ליבות Tensor נפרדות בכל הכרטיסים הללו המסייעים בלימודי מכונה ויישומי AI כמו DLSS, עליהם תוכלו ללמוד עוד במאמר זה .

יש מאיץ ריי אחד מובנה בכל יחידת מחשוב ב- RDNA 2 - תמונה: AMD

אופטימיזציה עתידית

קשה לומר בשלב זה מה צופה העתיד ב- Ray Tracing עבור Nvidia ו- AMD, אך ניתן לנחש כמה ניחושים משכילים על ידי ניתוח המצב הנוכחי. נכון למועד כתיבת שורות אלה, Nvidia מחזיקה בהובלה די משמעותית בביצועי Ray Tracing בהשוואה ישירות להצעותיה של AMD. בעוד AMD פתחה את ההתחלה המרשימה עבור RT, הם עדיין פיגורו שנתיים אחרי Nvidia מבחינת מחקר, פיתוח, תמיכה ואופטימיזציה. Nvidia נעלה את מרבית כותרות ה- Ray Tracing כרגע בשנת 2020 כדי להשתמש בחומרה הייעודית של Nvidia בצורה טובה יותר ממה שהקימה AMD. זאת, בשילוב העובדה כי ליבות ה- RT של Nvidia בוגרות וחזקות יותר ממאיצי ה- Ray של AMD, מעמידים את AMD בעמדת נחיתות בכל הנוגע למצב Ray Tracing הנוכחי.

עם זאת, AMD בהחלט לא עוצרת כאן. AMD כבר הודיעה כי הם עובדים על אלטרנטיבה של AMD ל- DLSS המהווה עזרה מסיבית בשיפור ביצועי Ray Tracing. AMD עובדת גם עם אולפני משחקים כדי לייעל את המשחקים הקרובים עבור החומרה שלהם, המוצגת בכותרים כמו GodFall ו- Dirt 5 שבהם כרטיסי סדרת RX 6000 של AMD מתפקדים בצורה מפתיעה. לכן אנו יכולים לצפות שהתמיכה ב- Ray Tracing של AMD תשתפר ותשתפר עם כותרים עתידיים ופיתוח טכנולוגיות עתידיות כמו DLSS Alternative.

עם זאת, נכון למועד כתיבת חבילת ה- RTX של Nvidia היא פשוט חזקה מכדי להתעלם ממנה עבור כל מי שמחפש ביצועים רציניים של ריי-מעקב. ההמלצה הסטנדרטית שלנו תהיה סדרת כרטיסי המסך החדשה של RTX 3000 מבית Nvidia על פני סדרת RX 6000 של AMD לכל מי שרואה ב- Ray Tracing גורם חשוב בהחלטת הרכישה. זה עשוי וצריך להשתנות עם ההיצע העתידי של AMD, כמו גם שיפורים במנהלי ההתקנים ובאופטימיזציה למשחק ככל שעובר הזמן.

משחקים צפויים התומכים גם ב- RTX וגם ב- DLSS - תמונה: Nvidia

מילים אחרונות

AMD קפצה סוף סוף על סצנת ריי טרייטינג עם הצגת סדרת כרטיסי המסך RX 6000 שלהם המבוססים על ארכיטקטורת RDNA 2. הם אמנם לא מנצחים את כרטיסי סדרת ה- RTX 3000 של Nvidia במבחני ריי-מעקב ישירים, אך הצעות ה- AMD מספקות ביצועי רסטורציה תחרותיים במיוחד וערך מרשים שעשוי לפנות לגיימרים שלא כל כך דואגים לרייטינג. עם זאת, AMD נמצאת בדרכה לשפר את ביצועי Ray Tracing עם מספר שלבים מרכזיים ברצף מהיר.

הגישה שננקטו על ידי Nvidia ו- AMD עבור Ray Tracing דומה למדי, אך שתי החברות משתמשות בטכניקות חומרה שונות לשם כך. בדיקות ראשוניות הראו כי ליבות ה- RT הייעודיות של Nvidia עולות על ביצועי מאיצות ריי של AMD המובנות ביחידות המחשוב עצמן. זה לא יכול להיות הרבה דאגה למשתמש הקצה, אבל זה דבר חשוב שיש לקחת בחשבון לעתיד מכיוון שמפתחי המשחק עומדים כעת בפני החלטה לייעל את תכונות ה- RT שלהם לאחת משתי הגישות.