Začátek revoluce v grafice? GPU PowerVR budou umět ray tracing

19. 3. 2014

Na letošní konferenci GDC se s ray tracingem opět vytasila společnost Imagination, stojící za grafikami PowerVR, a očividně jde o docela vážně míněný pokus přenést tuto techniku vykreslování do mainstreamu. Imagination totiž přidá podporu pro ray tracing přímo do svých GPU. Ty si od ní licencuje velké množství výrobců mobilních čipů, včetně třeba Applu a Intelu.

Na GDC oznámila Imagination novou řadu grafických jader PowerVR GR6500, kódovým označením Wizard (spolu s aktuálními grafikami Rogue a CPU jádry Warrior už do kompletní RPG družiny chybí jen Priest). Jde o první běžné GPU s explicitní podporou pro ray tracing v hardwaru, i když v profesionální sféře o premiéru nejde, ostatně sama Imagination uvedla před rokem adaptéry Caustic. Zároveň mají ale tyto čipy také vše potřebné pro počítání klasické rasterizované grafiky, takže jsou kompatibilní i s existujícími grafickými aplikacemi.

Na rozdíl od rasterizované grafiky simuluje ray tracing dráhy světelných paprsků mezi objekty na scéně a pozorovatelem/kamerou. Díky tomu nepodléhá různým tradičním omezením a dokáže například věrně simulovat průhlednost či kreslit realistické odlesky a stíny. Grafika počítaná tímto způsobem je tak v mnohých ohledech podstatně kvalitnější. Kvůli výpočetní náročnosti se však používá prakticky jen ve profesionální grafice či 3D animaci.

Architektura Wizard/GT6500 vychází přímo z aktuálních GPU architektury Rogue (PowerVR Series6XT). Ray tracing nepočítá pomocí shaderů, nýbrž na specializované jednotky RTU, která má vyhrazené své vlastní ALU. Zároveň je však zapojena do celkového systému (rasterizačního) grafického jádra. RTU (ray tracing unit) tak operuje samostatně, výsledky své práce ale posílá do rasterizačního jádra GPU, které vše kombinuje dohromady a zároveň si z něj také bere vstupní data. Toto uspořádání asi docela nahrává hybridnímu programování, kdy se kombinuje jak rasterizovaná grafika, tak efekty počítané ray tracingem (světlo, stíny, lesk, průhlednost).

Schéma architektury PowerVR GR6500 (Wizard). Raytracingový blok je začlěněn do klasické grafické pipeline

Samotná přítomnost RTU v grafickém adaptéru by tedy neměla škodit výkonu v klasických grafických úlohách – ten by měl odpovídat výkonu architektury Rogue. RTU ale pochopitelně znamená tranzistory navíc a zvětšuje plochu čipu, takže výrobce za podporu ray tracingu zaplatí určitou cenu. Imagination nicméně GPU Wizard míří na stejné trhy jako běžnou architekturu Rogue, takže co do spotřeby a náročnosti na výrobu by raytracingové GPU nemělo být výrazně hendikepované.

GR6500 má při taktu 600 MHz za sekundu vyhodnocovat až 300 milionů paprsků, 100 milionů dynamických trojúhelníků a 24 miliard node testů. Mimo tato čísla (z kterých je asi málokdo dvakrát moudrý) nicméně Imagination příliš mnoho informací o fungování RTU v jádře GR6500 nesdělila. Jeho specializovaný hardware má ale údajně být až stokrát efektivnější, než výpočet ray tracingu na stream procesorech klasického GPU.

Scéna vykreslená klasickou rasterizací

Kdyby se firmě Imagination podařilo ray tracing prosadit a dostat do praxe, šlo by o jeden z největších převratů v dějinách herní grafiky. V situaci, kdy bude RTU nabízet jen jeden dodavatel grafických akcelerátorů, to ale nebude nic lehkého. Imagination musí rozbít bludný kruh, kdy bez rozšířeného hardwaru není zájem ze strany vývojářů, a pokud není software, nemají zase výrobci hardwaru motivaci pro něj přidávat podporu. Největší šanci má zřejmě ray tracing coby „prémiová“ funkce, zvyšující grafickou kvalitu vybranými efekty. Základ scény, vykreslovaný stále rasterizací, by pak zůstal kompatibilní i s běžnými GPU, příslib lepšího obrazu by ale pro zákazníka byl motivací k pořízení grafiky s jednotkami RTU.

Co může iniciativě dát vítr do plachet, je fakt, že si firma Imagination již zajistila podporu Unity Technologies, a tak má být ray tracing pomocí grafik PowerVR s RTU časem dostupný v populárním Unity Engine (zatím ale nebylo sděleno, v jakém horizontu). Stále ale platí, že GPU architektury Wizard nemusí na trhu uspět, navíc u mobilních SoCů se nemůže o zákazníky ucházet přímo. Imagination nejprve o výhodách doposud nepoužívané technologie nejprve musí přesvědčit výrobce čipů samotných, aby se grafické adaptéry s podporou ray tracingu vůbec mohly dostat na svět.

V tuto chvíli je již PowerVR GR6500 možno licencovat. Návrh a výroba čipů ale nějakou dobu trvá, takže projeví-li výrobci čipů zájem, objeví se tyto grafiky v praxi nejspíše až v roce 2015, pokud ne později.