V současné době se grafické karty dělí na dva typy, na ty, které jsou určeny pro hraní her, a na ty, které se používají pro jiné aplikace vyšší hodnoty. Tedy pro vědecké a vojenské simulace, kromě mnoha dalších věcí. Existuje však jednotka, která je s námi od první úspěšné 3D karty, rastrovou jednotku, která by mohla zmizet a s tím i organizace nebo architektura budoucích GPU. Důsledky? Konec oddělení mezi modely pouze pro hraní her a těmi, které se používají v jiných oblastech.
3D hry v reálném čase jsou dnes 99 % her, ale na počítače se dostaly díky ve své době oblíbené Voodoo Graphics a skutečnosti, že mají čip, který měl na starosti společnou funkci. Řeč je o rastrové jednotce, kterou dnes najdeme ve všech grafických čipech, která ale časem zmizí. Jaké důsledky to bude mít na hardware budoucnosti?
GPU se mění
GPU jsou specializované grafické procesory s určitou schopností pracovat pro obecné účely. Jejich jádra totiž už dávno nejsou pro specializované úkoly, které mají sloužit k obecným úkolům. Proto je dnes mnoho skvělých světových superpočítačů používá pro rozsáhlé vědecké a vojenské simulace, stejně jako pro další vzkvétající aplikace, jako je umělá inteligence.
Stále však existuje řada jednotek, které plní specifické úkoly, ale které jsou nezbytné pro generování grafiky. Jejich úkolem není pouze osvobodit od nich hlavní jádra, ale pracovat paralelně. Jeho největší výhodou je, že tím, že mají pevný nebo specifický úkol, vyžadují méně tranzistorů k sestavení, a proto jsou méně nákladné a spotřebovávají méně, než kdyby se o úkol postaralo hlavní jádro.
Může se však stát, že specializovaný kus hardwaru zastará, ať už proto, že nedrží krok s výkonnostním pokrokem jiných položek, nebo proto, že funguje méně než ideálním způsobem. No, zjišťujeme, že v hlavním čipu grafických karet se objevuje specifický typ jednotky a jiný typ mizí.
Sbohem rastrové jednotce
Pokud se podíváte na specifikace jakékoli grafické karty, uvidíte, že stále méně důležitá je ta, která hovoří o „trojúhelnících za sekundu“. Mnoho lidí si myslí, že je to množství, které je uvedeno na obrazovce, a jiní budou věřit, že je to množství, které se počítá. Oba jsou nepravdivé, protože to závisí na aplikaci, kterou spouštíme. Navíc je to fixní sazba a pokud si všimneme, je to vždy takt pro počet rastrových jednotek. Alespoň dnes.
Tyto jednotky pokročily ve výkonu, od potřeby několika hodinových cyklů k rastrování trojúhelníku k tomu, aby to dělaly současnou rychlostí, ale nevyvíjely se deset let. Jeho práce? Promítněte 3D svět vypočítaný ve vrcholech na 2D plochu složenou z pixelů, obrazovku, na kterou bude později vypočítána barva. Proto je to základní jednotka, protože když děláme 3D scénu, každý z trojúhelníků se nakonec stane pixely; se však uvedená jednotka mohla brzy rozloučit.
Důvod? Vaše omezení
Problém s rastrovými jednotkami je, že nejsou navrženy pro práci s velmi malými trojúhelníky, tedy s těmi, které jsou rastrovány na několik pixelů. Kromě toho, když je objekt tvořen pouze několika pixely, rasterizátor učiní závěr, že je příliš daleko, a označí jej pro smazání. Samozřejmě před kontrolou jeho vzdálenosti od kamery pomocí hloubkového bufferu, aby se odstranil ze scény a že se nemusí počítat. To se také provádí s objekty za větším, což způsobuje problémy, když je přední objekt do určité míry průhledný. Což způsobuje problémy, ale to je úplně jiná věc.
Problém? Přesouváme se do světa, kde se geometrie používá na extrémních úrovních pro detailování postav, objektů a nastavení. Což znamená trojúhelníkové sazby, které současné rastrové jednotky nepodporují. Což je úzké hrdlo, ale problém je v tom, že s malými trojúhelníky neumí dobře fungovat. V tom smyslu, že pokud máme 100 trojúhelníků o velikosti 50 pixelů, nepřevádí se to na 200 z 25 pixelů. Proto jeho účinnost klesá, protože polygony, se kterými pracuje, jsou menší.
Co je řešení?
Natolik, že lidé z Epic Games tváří v tvář vytvoření Unreal Engine 5 museli vytvořit rastrové jednotky pomocí počítačových shaderů. Toto je GPU jádra dělají práci specializované funkční jednotky mnohem lépe. Což ohrožuje jeho budoucnost. V tuto chvíli to není vyloučeno, nicméně už má na sobě Damoklův meč, stejně jako jednotku teselace či povrchového členění.
V rozhovoru vedeném v květnu 2020 s Brianem Karisem , grafický programátor uvedl, že vyvinuli dva druhy softwarových trojúhelníkových rasterizérů pro Unreal Engine 5. To předpokládá, že nový engine Epic, který bude používán desítkami her v průmyslu, už má schopnost obejít se bez rastrové jednotky. To znamená, že vyměňte jedno z jader GPU, abyste nahradili každou z těchto jednotek a získali s ní více výkonu.
Naprostá většina trojúhelníků je rastrována softwarově pomocí vysoce specializovaných počítačových shaderů, které byly navrženy tak, aby využívaly toho, z čeho můžeme těžit. Výsledkem je, že jsme při tomto specifickém úkolu mohli nechat hardwarové rasterizéry v prachu. Softwarová rasterizace je hlavním prvkem Nanite, který nám umožňuje dělat to, co dělá. Nemůžeme porazit hardwarové rasterizery ve všech případech, takže je použijeme, když zjistíme, že je to nejrychlejší cesta.
Bílé a v lahvičce, jak se můžete dočíst. Zmizí díky tomu, že se jedná o tranzistory, které NVIDIA, Intel a AMD může využít pro jiné věci, které budou v budoucnu důležitější.
Proč se změní organizace grafických karet?
Pokud se podíváte na schémata libovolného GPU, uvidíte, že jádra jsou uspořádána v blocích kolem rasterizéru. Obě data totiž těmto jednotkám posílají a také je přijímají, podle toho, o jaké fázi 3D pipeline mluvíme. Jeho odstranění je tedy reorganizací. V současnosti je ideální velikost pro 100% účinnost rastrových jednotek 48 pixelů pro NVIDIA a 64 pro AMD. To také omezuje počet jader v modelech určených pro hraní her. Což je v případě značky v zelené barvě vidět na porovnání jejích čipů pro vysoce výkonné výpočty a hraní her.
Jak je vidět, H100 GPC nemá Raster Engine, což mu umožňuje nemít tak pevnou organizaci, a tedy omezenou. Tato změna umožní NVIDIA a také AMD, aby nemusely navrhovat dva různé designy pro HPC a Gaming, ale místo toho budou moci vycházet z univerzálního základního modelu, pokud jde o design. Ze kterého můžete iterovat. Dnes, bez ohledu na to, zda mluvíme o centrálním procesoru nebo grafickém procesoru, zjistíme, že vzájemná komunikace je mezi 2/3 a 3/4 celkového čipu a skutečnost, že musíme pracovat na dvou různých čipech, je skličující.
Nezapomínejme, že každý nový uzel je více tranzistorů, toto je více dílů a více inženýrů, které je třeba najmout. Dospěje do bodu, kdy stejné grafické karty, které jsou nabízeny pro vědeckou práci, budou high-endem pro hraní her, protože nebude rentabilní vyrábět dva různé modely a klíčové bude odstranění rastrové jednotky. v celém tomto vývojovém procesu. unifikace.
