Nvidia RT Cores so với AMD Ray Accelerator - Giải thích

Với thế hệ card đồ họa RTX đầu tiên vào năm 2018, Nvidia đã giới thiệu đến thế giới một tính năng hoàn toàn mới được cho là sẽ thay đổi cảnh quan của game như chúng ta đã biết. Các cạc đồ họa dòng RTX 2000 thế hệ đầu tiên dựa trên kiến ​​trúc Turing mới và hỗ trợ theo dõi Ray theo thời gian thực trong các trò chơi. Ray Tracing đã tồn tại trong các lĩnh vực hoạt hình 3D và tổng hợp chuyên nghiệp nhưng Nvidia đã hỗ trợ cho việc kết xuất trò chơi theo thời gian thực bằng công nghệ Ray Tracing thay vì rasterization truyền thống được cho là sẽ thay đổi trò chơi. Rasterization là kỹ thuật truyền thống mà qua đó các trò chơi được hiển thị trong khi Ray Tracing sử dụng các phép tính phức tạp để mô tả chính xác cách ánh sáng sẽ tương tác và hoạt động trong môi trường trò chơi như ngoài đời thực. Bạn có thể tìm hiểu thêm về Ray Tracing và Rasterization trong phần nội dung này.

Trở lại năm 2018, AMD không có câu trả lời cho loạt cạc đồ họa RTX của Nvidia và chức năng Ray Tracing của chúng. Đội Đỏ chỉ đơn giản là chưa sẵn sàng cho phần giới thiệu sáng tạo của Nvidia và điều này đã khiến các dịch vụ hàng đầu của họ gặp bất lợi đáng kể so với Đội Xanh. AMD RX 5700 XT là một card đồ họa tuyệt vời với mức giá 399 đô la, sánh ngang với hiệu suất của RTX 2070 Super 499 đô la. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất đối với AMD là thực tế là đối thủ cung cấp một công nghệ mà họ không sở hữu. Điều này cùng với bộ tính năng đa dạng, hỗ trợ DLSS, trình điều khiển ổn định và hiệu suất vượt trội tổng thể đã đặt các dịch vụ Nvidia có lợi thế đáng kể khi nói đến thế hệ Turing vs RDNA.

Dòng AMD RX 6000 với Ray Tracing

Tua nhanh đến năm 2020 và AMD cuối cùng đã mang đến cuộc chiến với các dịch vụ hàng đầu của Nvidia. AMD không chỉ giới thiệu hỗ trợ Real-Time Ray Tracing trong trò chơi, mà họ còn phát hành 3 card đồ họa cực kỳ cạnh tranh với các card đồ họa hàng đầu từ Nvidia. AMD RX 6800, RX 6800 XT và RX 6900 XT đang đối đầu trực tiếp với Nvidia RTX 3070, RTX 3080 và RTX 3090 tương ứng. AMD cuối cùng cũng cạnh tranh trở lại ở phần cuối cùng của dòng sản phẩm, đây cũng là một tin đầy hứa hẹn cho người tiêu dùng.

Tuy nhiên, mọi thứ cũng không hoàn toàn khả quan với AMD. Mặc dù AMD đã giới thiệu hỗ trợ cho tính năng Theo dõi tia thời gian thực trong trò chơi, nhưng hiệu suất Truy tìm tia sáng của họ đã nhận được sự đón nhận nồng nhiệt từ cả người đánh giá và người tiêu dùng nói chung. Mặc dù vậy cũng có thể hiểu được vì đây là nỗ lực đầu tiên của AMD đối với Ray Tracing, vì vậy sẽ hơi không công bằng khi mong đợi họ mang lại hiệu suất Ray Tracing tốt nhất hiện có trong lần thử đầu tiên. Tuy nhiên, nó đặt ra câu hỏi về cách thức hoạt động của triển khai Theo dõi tia sáng của AMD khi so sánh với cách triển khai của Nvidia mà chúng ta đã thấy với Turing và bây giờ là kiến ​​trúc Ampere.

Bộ công nghệ RTX của Nvidia

Lý do chính khiến nỗ lực của AMD dường như không thành công so với Nvidia là về cơ bản AMD đang bắt kịp Nvidia và chỉ có 2 năm thời gian để phát triển và hoàn thiện việc triển khai Ray Tracing. Mặt khác, Nvidia đã phát triển công nghệ này lâu hơn vì họ không có ai có thể cạnh tranh được ở đầu nhóm sản phẩm. Nvidia không chỉ cung cấp hỗ trợ Ray Tracing trước AMD mà còn có một hệ sinh thái hỗ trợ tốt hơn được xây dựng dựa trên công nghệ này.

Nvidia đã thiết kế dòng card đồ họa RTX 2000 của mình với Ray Tracing là trọng tâm chính. Điều này được thể hiện rõ ràng trong suốt quá trình thiết kế kiến ​​trúc Turing. Nvidia không chỉ nhân số lượng Lõi CUDA mà họ còn bổ sung thêm các lõi Ray Tracing chuyên dụng cụ thể được gọi là “RT Cores” xử lý phần lớn các tính toán cần thiết cho Ray Tracing. Nvidia cũng đã phát triển một công nghệ được gọi là “Deep Learning Super Sampling hoặc DLSS”, là một công nghệ tuyệt vời sử dụng học sâu và AI để thực hiện các tác vụ nâng cấp và xây dựng lại, đồng thời cũng bù đắp cho việc mất hiệu suất của Ray Tracing. Nvidia cũng giới thiệu “Tensor Cores” chuyên dụng trong các thẻ dòng GeForce được thiết kế để trợ giúp trong Deep Learning và AI Tasks như DLSS. Ngoài ra, Nvidia cũng đã làm việc với các studio game để tối ưu hóa các trò chơi Ray Tracing sắp tới cho phần cứng Nvidia chuyên dụng để hiệu suất có thể được tối đa hóa.

Lõi RT của Nvidia

RT hoặc Ray Tracing Core là các lõi phần cứng chuyên dụng của Nvidia được thiết kế đặc biệt để xử lý khối lượng công việc tính toán liên quan đến tính năng Theo dõi tia theo thời gian thực trong trò chơi. Việc có các lõi chuyên biệt cho Ray Tracing giúp giảm tải rất nhiều khối lượng công việc từ các Lõi CUDA dành riêng cho kết xuất tiêu chuẩn trong trò chơi để hiệu suất không bị ảnh hưởng quá nhiều bởi độ bão hòa của việc sử dụng lõi. RT Cores hy sinh tính linh hoạt và triển khai phần cứng với kiến ​​trúc đặc biệt cho các tính toán hoặc thuật toán đặc biệt để đạt được tốc độ nhanh hơn.

Các thuật toán gia tốc Ray Tracing phổ biến hơn thường được biết đến là BVH và Ray Packet Tracing và sơ đồ cấu trúc Turing cũng đề cập đến BVH (Bound Volume Hierarchy) Transversal. RT Core được thiết kế để xác định và tăng tốc các lệnh liên quan đến kết xuất Ray Traced trong trò chơi.

Theo cựu Kiến trúc sư GPU cao cấp của Nvidia, Yubo Zhang:

Nvidia cũng tuyên bố trong Sách trắng về kiến ​​trúc Turing rằng RT Cores hoạt động cùng với tính năng lọc nhiễu nâng cao, cấu trúc tăng tốc BVH hiệu quả cao do NVIDIA Research phát triển và các API tương thích RTX để đạt được khả năng theo dõi tia thời gian thực trên một GPU Turing duy nhất. RT Cores di chuyển ngang qua BVH một cách tự động và bằng cách tăng tốc các bài kiểm tra giao điểm ngang và tia / tam giác, chúng giảm tải SM, cho phép nó xử lý một đỉnh, pixel và công việc tính toán đổ bóng khác. Các chức năng như xây dựng và chỉnh trang lại BVH được xử lý bởi trình điều khiển, việc tạo tia và đổ bóng được ứng dụng quản lý thông qua các loại bóng đổ mới. Điều này giải phóng các đơn vị SM để thực hiện các công việc đồ họa và tính toán khác.

Máy tăng tốc tia của AMD

AMD đã tham gia cuộc đua Ray Tracing với dòng RX 6000 của họ và cùng với đó, họ cũng đã giới thiệu một vài yếu tố chính cho thiết kế kiến ​​trúc RDNA 2 giúp hỗ trợ tính năng này. Để cải thiện hiệu suất Truy tìm tia của GPU AMD’s RDNA 2, AMD đã kết hợp thành phần Bộ tăng tốc tia vào Thiết kế đơn vị tính toán cốt lõi của mình. Các Bộ tăng tốc tia này được cho là để tăng hiệu quả của các Đơn vị tính toán tiêu chuẩn trong khối lượng công việc tính toán liên quan đến Truy tìm tia.

Cơ chế đằng sau hoạt động của Ray Accelerator vẫn còn tương đối mơ hồ tuy nhiên AMD đã cung cấp một số thông tin chi tiết về cách thức hoạt động của các yếu tố này. Theo AMD, các Bộ gia tốc tia này có mục đích rõ ràng là đi qua cấu trúc Phân cấp Thể tích Giới hạn (BVH) và xác định hiệu quả các giao điểm giữa tia và hộp (và cuối cùng là hình tam giác). Thiết kế hỗ trợ đầy đủ DirectX Ray Tracing (Microsoft’s DXR) là tiêu chuẩn công nghiệp dành cho PC Gaming. Ngoài ra, AMD sử dụng bộ khử nhiễu dựa trên Máy tính để làm sạch các hiệu ứng đặc trưng của các cảnh theo dõi tia thay vì dựa vào phần cứng được xây dựng có mục đích. Điều này có thể sẽ gây thêm áp lực lên khả năng chính xác hỗn hợp của các Đơn vị Máy tính mới.

Ray Accelerator cũng có khả năng xử lý bốn giao điểm hộp âm lượng bị giới hạn hoặc một giao điểm tam giác trên mỗi đồng hồ, nhanh hơn nhiều so với việc hiển thị một cảnh Ray Traced mà không có phần cứng chuyên dụng. Có một lợi thế lớn đối với cách tiếp cận của AMD đó là Bộ tăng tốc RT của RDNA 2 có thể tương tác với Bộ nhớ đệm vô cực của thẻ. Có thể lưu trữ một số lượng lớn Cấu trúc Khối lượng Giới hạn đồng thời trong bộ nhớ cache, do đó, một số tải có thể được thực hiện khỏi các ô đọc bộ nhớ và quản lý dữ liệu.

Sự khác biệt chính

Sự khác biệt lớn nhất rõ ràng ngay lập tức khi so sánh RT Cores và Ray Accelerator là trong khi cả hai đều thực hiện các chức năng của chúng khá giống nhau, RT Cores là các lõi phần cứng riêng biệt chuyên dụng có một chức năng duy nhất, trong khi Ray Accelerator là một phần của cấu trúc Đơn vị Máy tính tiêu chuẩn trong kiến ​​trúc RDNA 2. Không chỉ vậy, Nvidia’s RT Cores đang trên thế hệ thứ hai với Ampere với rất nhiều cải tiến về kỹ thuật và kiến ​​trúc. Điều này làm cho việc triển khai RT Core của Nvidia trở thành một phương pháp Truy tìm tia hiệu quả và mạnh mẽ hơn nhiều so với việc triển khai của AMD với Bộ tăng tốc tia.

Vì có một Bộ gia tốc tia duy nhất được tích hợp trong mỗi Thiết bị tính toán, AMD RX 6900 XT có 80 Bộ gia tốc tia, 6800 XT có Bộ gia tốc 72 tia và RX 6800 có Bộ gia tốc 60 tia. Những con số này không thể so sánh trực tiếp với con số RT Core của Nvidia vì đó là những lõi chuyên dụng được xây dựng với một chức năng duy nhất. RTX 3090 được 82 2^nd Các lõi Gen RT, RTX 3080 có 60 2^nd Gen RT Cores và RTX 3070 có 46 2^nd Gen RT Cores. Nvidia cũng có các lõi Tensor riêng biệt trong tất cả các thẻ này giúp hỗ trợ học máy và các ứng dụng AI như DLSS, bạn có thể tìm hiểu thêm về trong bài báo này.

Tối ưu hóa trong tương lai

Ở thời điểm này, thật khó để nói tương lai của Ray Tracing cho Nvidia và AMD là gì, nhưng người ta có thể đưa ra một vài phỏng đoán có học thức bằng cách phân tích tình hình hiện tại. Tính đến thời điểm viết bài, Nvidia giữ vị trí dẫn đầu khá đáng kể về hiệu suất Ray Tracing khi so sánh trực tiếp với các sản phẩm của AMD. Mặc dù AMD đã có một khởi đầu ấn tượng cho RT, họ vẫn còn kém Nvidia 2 năm về nghiên cứu, phát triển, hỗ trợ và tối ưu hóa. Nvidia đã khóa hầu hết các tựa game Ray Tracing ngay bây giờ vào năm 2020 để sử dụng phần cứng chuyên dụng của Nvidia tốt hơn những gì AMD đã tổng hợp lại. Điều này, kết hợp với việc Nvidia’s RT Cores đã trưởng thành hơn và mạnh hơn AMD’s Ray Accelerator, khiến AMD gặp bất lợi khi gặp phải tình trạng Ray Tracing hiện tại.

Tuy nhiên, AMD chắc chắn không dừng lại ở đây. AMD đã thông báo rằng họ đang làm việc trên một giải pháp thay thế AMD cho DLSS, đây là một trợ giúp lớn trong việc cải thiện hiệu suất Ray Tracing. AMD cũng đang làm việc với các studio trò chơi để tối ưu hóa các trò chơi sắp tới cho phần cứng của họ, điều này cho thấy trong các tựa game như GodFall và Dirt 5, nơi thẻ AMD’s RX 6000 series hoạt động tốt một cách đáng ngạc nhiên. Do đó, chúng tôi có thể mong đợi sự hỗ trợ của AMD’s Ray Tracing ngày càng tốt hơn với các tựa game sắp ra mắt và sự phát triển của các công nghệ sắp tới như DLSS Alternative.

Như đã nói, tính đến thời điểm viết Nvidia’s RTX Suite quá mạnh mẽ để bỏ qua cho bất kỳ ai đang tìm kiếm hiệu suất Ray Tracing nghiêm túc. Đề xuất tiêu chuẩn của chúng tôi sẽ là dòng card đồ họa RTX 3000 mới của Nvidia thay vì dòng RX 6000 của AMD dành cho bất kỳ ai coi Ray Tracing là một yếu tố quan trọng trong quyết định mua hàng. Điều này có thể và sẽ thay đổi với các dịch vụ trong tương lai của AMD, cũng như các cải tiến về cả trình điều khiển và tối ưu hóa trò chơi theo thời gian.

Từ cuối cùng

AMD cuối cùng đã nhảy vào lĩnh vực Ray Tracing với việc giới thiệu dòng card đồ họa RX 6000 của họ dựa trên kiến ​​trúc RDNA 2. Mặc dù chúng không đánh bại các thẻ dòng RTX 3000 của Nvidia trong các điểm chuẩn Ray Tracing trực tiếp, nhưng các sản phẩm của AMD cung cấp hiệu suất phân loại cực kỳ cạnh tranh và giá trị ấn tượng có thể thu hút những game thủ không quan tâm nhiều đến Ray Tracing. Tuy nhiên, AMD đang trên con đường cải thiện hiệu suất Ray Tracing với một số bước quan trọng liên tiếp nhanh chóng.

Cách tiếp cận của Nvidia và AMD đối với Ray Tracing khá giống nhau nhưng cả hai công ty đều sử dụng các kỹ thuật phần cứng khác nhau để làm như vậy. Thử nghiệm ban đầu cho thấy rằng các lõi RT chuyên dụng của Nvidia hoạt động tốt hơn các Bộ tăng tốc Ray của AMD được tích hợp vào chính các Đơn vị tính toán. Điều này có thể không gây nhiều lo lắng cho người dùng cuối, nhưng là một điều quan trọng cần xem xét cho tương lai vì các nhà phát triển trò chơi hiện đang phải đối mặt với quyết định tối ưu hóa các tính năng RT của họ cho một trong hai cách tiếp cận.