مع الجيل الأول من بطاقات الرسومات RTX في عام 2018 ، قدمت Nvidia للعالم ميزة جديدة تمامًا كان من المفترض أن تغير مشهد الألعاب كما نعرفها. استند الجيل الأول من بطاقات رسومات سلسلة RTX 2000 على بنية Turing الجديدة وقدمت دعمًا لتتبع الأشعة في الوقت الفعلي في الألعاب. كان Ray Tracing موجودًا بالفعل في الرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد الاحترافية والمجالات التركيبية ، لكن Nvidia قدمت الدعم لعرض الألعاب في الوقت الفعلي باستخدام تقنية Ray Tracing بدلاً من التنقيط التقليدي الذي كان من المفترض أن يغير قواعد اللعبة. التنقيط هو الأسلوب التقليدي الذي يتم من خلاله عرض الألعاب بينما يستخدم Ray Tracing حسابات معقدة لتصوير كيفية تفاعل الضوء وسلوكه في بيئة اللعبة بدقة كما هو الحال في الحياة الواقعية. يمكنك معرفة المزيد حول Ray Tracing و Rasterization في قطعة المحتوى هذه .
يمكن أن يكون Ray Traced Reflections هو التطبيق الأكثر إرضاءً للعين لـ Ray Tracing في الألعاب - الصورة: Nvidia
مرة أخرى في عام 2018 ، لم يكن لدى AMD إجابة عن سلسلة بطاقات الرسومات Nvidia's RTX ووظيفة Ray Tracing. لم يكن الفريق الأحمر جاهزًا لمقدمة Nvidia المبتكرة ، وقد أدى ذلك إلى وضع أفضل عروضهم في وضع غير مواتٍ مقارنةً بـ Team Green. كانت AMD RX 5700 XT بطاقة رسومات رائعة بسعر 399 دولارًا ، والتي تنافس أداء RTX 2070 Super البالغ 499 دولارًا. لكن أكبر مشكلة تواجه AMD كانت حقيقة أن المنافسة قدمت تقنية لم تكن تمتلكها. هذا إلى جانب مجموعة الميزات المتنوعة ، ودعم DLSS ، والمحركات المستقرة والأداء الفائق العام ، وضع عروض Nvidia في ميزة كبيرة عندما يتعلق الأمر بجيل Turing vs RDNA.
سلسلة AMD RX 6000 مع Ray Tracing
تقدم سريعًا حتى عام 2020 ، وقد جلبت AMD المعركة أخيرًا إلى أفضل عروض Nvidia. لم تقدم AMD دعمًا لـ Real-Time Ray Tracing في الألعاب فحسب ، بل أصدرت أيضًا 3 بطاقات رسومات قادرة على المنافسة للغاية لأفضل بطاقات الرسوم من Nvidia. تقاتل AMD RX 6800 و RX 6800 XT و RX 6900 XT وجهاً لوجه مع Nvidia RTX 3070 و RTX 3080 و RTX 3090 على التوالي. أصبحت AMD أخيرًا قادرة على المنافسة مرة أخرى في الطرف الأعلى من مجموعة المنتجات التي تعد أخبارًا واعدة للمستهلكين أيضًا.
Raytracing هي إحدى الميزات الرئيسية التي قدمتها AMD لهذا الجيل - الصورة: AMD
ومع ذلك ، فإن الأمور ليست إيجابية تمامًا بالنسبة لـ AMD أيضًا. على الرغم من أن AMD قد قدمت دعمًا لـ Real-Time Ray Tracing في الألعاب ، إلا أن أداء Ray Tracing الخاص بها تلقى استقبالًا فاترًا من كل من المراجعين والمستهلكين بشكل عام. من المفهوم على الرغم من أن هذه هي المحاولة الأولى لشركة AMD في Ray Tracing ، لذا سيكون من غير العدل أن نتوقع منهم تقديم أفضل أداء Ray Tracing في محاولتهم الأولى. ومع ذلك ، فإنه يثير تساؤلات حول الطريقة التي يعمل بها تنفيذ Ray Tracing من AMD عند مقارنته بتطبيق Nvidia الذي رأيناه مع Turing والآن هندسة Ampere.
مجموعة تقنيات RTX من Nvidia
السبب الرئيسي الذي يجعل محاولة AMD تبدو محبطة مقارنةً بمحاولة Nvidia هو أن AMD كانت تلعب دورًا أساسيًا في اللحاق بالركب مع Nvidia وكان لديها أكثر أو أقل من عامين فقط لتطوير وإتقان تنفيذ Ray Tracing. من ناحية أخرى ، تعمل Nvidia على تطوير هذه التقنية لفترة أطول حيث لم يكن لديها أحد للمنافسة في قمة مجموعة المنتجات. لم تقدم Nvidia دعم Ray Tracing قبل AMD فحسب ، بل كان لديها أيضًا نظام دعم بيئي أفضل مبني حول التكنولوجيا أيضًا.
صممت Nvidia سلسلة بطاقات الرسومات RTX 2000 الخاصة بها مع التركيز الأساسي على Ray Tracing. يتضح هذا من خلال تصميم معمارية تورينج نفسها. لم تضاعف Nvidia عدد نوى CUDA فحسب ، بل أضافت أيضًا نوى محددة مخصصة لتتبع الشعاع تُعرف باسم 'RT Cores' والتي تعالج الجزء الأكبر من الحسابات المطلوبة لتتبع الشعاع. طورت Nvidia أيضًا تقنية تُعرف باسم 'Deep Learning Super Sampling أو DLSS' وهي تقنية رائعة تستخدم التعلم العميق والذكاء الاصطناعي لأداء مهام الارتقاء وإعادة البناء وأيضًا تعويض فقدان أداء Ray Tracing. قدمت Nvidia أيضًا 'Tensor Cores' في بطاقات سلسلة GeForce المصممة للمساعدة في التعلم العميق ومهام الذكاء الاصطناعي مثل DLSS. بالإضافة إلى ذلك ، عملت Nvidia أيضًا مع استوديوهات الألعاب لتحسين ألعاب Ray Tracing القادمة لأجهزة Nvidia المخصصة بحيث يمكن زيادة الأداء.
في Ray Tracing ، يتصرف الضوء في اللعبة كما هو الحال في الحياة الواقعية - الصورة: Nvidia
RT Cores من Nvidia
RT أو Ray Tracing Cores هي نوى أجهزة Nvidia المخصصة والمصممة خصيصًا للتعامل مع عبء العمل الحسابي المرتبط بتتبع الأشعة في الوقت الحقيقي في الألعاب. يؤدي وجود نوى متخصصة في Ray Tracing إلى إلغاء الكثير من أعباء العمل من نوى CUDA المخصصة للعرض القياسي في الألعاب بحيث لا يتأثر الأداء كثيرًا بتشبع الاستخدام الأساسي. تضحي نوى RT بالتنوع وتنفذ الأجهزة بهيكل خاص لإجراء حسابات أو خوارزميات خاصة لتحقيق سرعات أعلى.
خوارزميات تسريع Ray Tracing الأكثر شيوعًا والمعروفة هي BVH و Ray Packet Tracing ويذكر الرسم التخطيطي لهندسة تورينج أيضًا BVH (التسلسل الهرمي لحجم الإحاطة). تم تصميم RT Core لتحديد وتسريع الأوامر المتعلقة بعرض Ray Traced في الألعاب.
شرح RT Core - الصورة: Nvidia
وفقًا لمهندس GPU الكبير السابق في Nvidia ، Yubo Zhang:
[مترجم] يضيف قلب RT بشكل أساسي خط أنابيب مخصص (ASIC) إلى SM لحساب تقاطع الشعاع والمثلث. يمكنه الوصول إلى BVH وتكوين بعض المخازن المؤقتة L0 لتقليل تأخير وصول BVH وبيانات المثلث. الطلب مقدم من SM. يتم إصدار التعليمات وإرجاع النتيجة إلى السجل المحلي لـ SM. يمكن أن تكون التعليمات المشذرة وتعليمات الإدخال / الإخراج الحسابية أو الذاكرة الأخرى متزامنة. نظرًا لأنه منطق دائرة خاص بـ ASIC ، يمكن زيادة الأداء / مم 2 بترتيب من حيث الحجم مقارنة باستخدام رمز تظليل لحساب التقاطع. على الرغم من أنني تركت NV ، فقد شاركت في تصميم معمارية تورينج. كنت مسؤولاً عن تلوين المعدل المتغير. أنا متحمس لرؤية الإصدار الآن '.
تنص Nvidia أيضًا في ورقة Turing Architecture على أن RT Cores تعمل جنبًا إلى جنب مع ترشيح تقليل الضوضاء المتقدم ، وهيكل تسريع BVH عالي الكفاءة تم تطويره بواسطة NVIDIA Research و APIs المتوافقة مع RTX لتحقيق تتبع الأشعة في الوقت الفعلي على وحدة معالجة رسومات Turing واحدة. تقوم RT Cores باجتياز BVH بشكل مستقل ، ومن خلال تسريع اختبارات المسح وتقاطع الشعاع / المثلث ، فإنها تفرغ SM ، مما يسمح لها بالتعامل مع قمة أخرى ، وبيكسل ، وحساب أعمال التظليل. يتم التعامل مع وظائف مثل بناء وتجديد BVH من قبل السائق ، ويتم إدارة توليد وتظليل الأشعة بواسطة التطبيق من خلال أنواع جديدة من التظليل. هذا يحرر وحدات SM للقيام بأعمال رسومية وحسابية أخرى.
مسرعات الأشعة من AMD
دخلت AMD في سباق Ray Tracing مع سلسلة RX 6000 الخاصة بها ، وبهذا ، فقد قدمت أيضًا بعض العناصر الأساسية لتصميم RDNA 2 المعماري الذي يساعد في هذه الميزة. لتحسين أداء Ray Tracing لوحدات معالجة الرسومات RDNA 2 من AMD ، قامت AMD بدمج مكون Ray Accelerator في تصميم وحدة الحوسبة الأساسية. من المفترض أن تزيد مسرعات الشعاع هذه من كفاءة وحدات الحساب القياسية في أحمال العمل الحسابية المتعلقة بتتبع الشعاع.
لا تزال الآلية الكامنة وراء عمل Ray Accelerators غامضة نسبيًا ، إلا أن AMD قدمت بعض الأفكار حول كيفية عمل هذه العناصر المفترض أن تعمل. وفقًا لـ AMD ، فإن هذه المسرعات الشعاعية لها غرض واضح يتمثل في اجتياز هيكل التسلسل الهرمي للحجم المحدود (BVH) وتحديد التقاطعات بين الأشعة والصناديق (وفي النهاية المثلثات) بكفاءة. يدعم التصميم بشكل كامل DirectX Ray Tracing (DXR من Microsoft) وهو المعيار الصناعي لألعاب الكمبيوتر. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم AMD معرّفًا قائمًا على الحوسبة لتنظيف التأثيرات المرآوية لمشاهد تتبع الأشعة بدلاً من الاعتماد على الأجهزة المصممة لهذا الغرض. من المحتمل أن يضع هذا ضغطًا إضافيًا على إمكانيات الدقة المختلطة لوحدات الحساب الجديدة.
شرح مسرعات الشعاع - الصورة: AMD
يمكن لمسرعات الشعاع أيضًا معالجة أربعة تقاطعات مربعة محدودة الحجم أو تقاطع مثلث واحد في الثانية ، وهو أسرع بكثير من عرض مشهد Ray Traced بدون أجهزة مخصصة. هناك ميزة كبيرة لمنهج AMD وهي أن RDNA 2's RT Accelerators يمكنها التفاعل مع ذاكرة التخزين المؤقت Infinity للبطاقة. من الممكن تخزين عدد كبير من هياكل وحدة التخزين المحدودة في وقت واحد في ذاكرة التخزين المؤقت ، لذلك يمكن إزالة بعض الحمل من إدارة البيانات وخلايا قراءة الذاكرة.
الفرق الرئيسي
يتمثل الاختلاف الأكبر الذي يتضح على الفور عند مقارنة RT Cores ومسرعات الشعاع في أنه بينما يؤدي كلاهما وظائفهما بشكل مشابه إلى حد ما ، فإن RT Cores مخصصان لهما نوى منفصلة للأجهزة لها وظيفة فردية ، بينما تعد Ray Accelerators جزءًا من هيكل وحدة الحساب القياسي في بنية RDNA 2. ليس ذلك فحسب ، فإن RT Cores من Nvidia في الجيل الثاني مع Ampere مع الكثير من التحسينات الفنية والمعمارية تحت الغطاء. وهذا يجعل تنفيذ RT Core من Nvidia طريقة أكثر كفاءة وقوة لتتبع الأشعة من تنفيذ AMD مع Ray Accelerators.
نظرًا لوجود مسرع شعاع واحد مدمج في كل وحدة حسابية ، فإن AMD RX 6900 XT تحصل على 80 مسرع شعاع ، ويحصل 6800 XT على 72 مسرع شعاع ، ويحصل RX 6800 على 60 مسرع شعاع. لا يمكن مقارنة هذه الأرقام بشكل مباشر بأرقام RT Core من Nvidia نظرًا لأنها عبارة عن نوى مخصصة تم إنشاؤها مع وضع وظيفة واحدة في الاعتبار. يحصل RTX 3090 على 82 2وجنرال RT النوى ، RTX 3080 تحصل على 60 2ويحصل كل من Gen RT Cores و RTX 3070 على 46 2وجنرال RT النوى. تمتلك Nvidia أيضًا Tensor Cores منفصلة في جميع هذه البطاقات والتي تساعد في التعلم الآلي وتطبيقات الذكاء الاصطناعي مثل DLSS ، والتي يمكنك معرفة المزيد عنها في هذه المقالة .
يوجد مسرع شعاع واحد مدمج في كل وحدة حسابية في RDNA 2 - الصورة: AMD
التحسين في المستقبل
من الصعب في هذه المرحلة تحديد ما يخبئه المستقبل في Ray Tracing لـ Nvidia و AMD ، ولكن يمكن للمرء إجراء بعض التخمينات المتعلمة من خلال تحليل الوضع الحالي. حتى وقت كتابة هذا التقرير ، تحتل Nvidia مكانة بارزة في أداء Ray Tracing عند مقارنتها مباشرة بعروض AMD. على الرغم من أن AMD قد حققت بداية رائعة لـ RT ، إلا أنها لا تزال متأخرة عن Nvidia لمدة عامين من حيث البحث والتطوير والدعم والتحسين. أقفلت Nvidia معظم عناوين Ray Tracing في الوقت الحالي في عام 2020 لاستخدام أجهزة Nvidia المخصصة بشكل أفضل مما جمعته AMD معًا. هذا ، جنبًا إلى جنب مع حقيقة أن RT Cores من Nvidia أكثر نضجًا وقوة من AMD's Ray Accelerators ، يضع AMD في وضع غير مؤات عندما يتعلق الأمر بوضع تتبع الشعاع الحالي.
ومع ذلك ، فإن AMD بالتأكيد لا تتوقف هنا. أعلنت AMD بالفعل أنها تعمل على بديل لـ AMD لـ DLSS والذي يعد مساعدة هائلة في تحسين أداء Ray Tracing. تعمل AMD أيضًا مع استوديوهات الألعاب لتحسين الألعاب القادمة لأجهزتها ، والتي تظهر في عناوين مثل GodFall و Dirt 5 حيث تعمل بطاقات سلسلة AMD RX 6000 بشكل جيد بشكل مدهش. لذلك يمكننا أن نتوقع أن يصبح دعم AMD's Ray Tracing أفضل وأفضل مع العناوين القادمة وتطوير التقنيات القادمة مثل DLSS Alternative.
مع ذلك ، اعتبارًا من وقت كتابة Nvidia's RTX Suite قوي جدًا بحيث لا يمكن تجاهله لأي شخص يبحث عن أداء Ray Tracing جدي. ستكون توصيتنا القياسية هي سلسلة بطاقات الرسومات الجديدة RTX 3000 من Nvidia عبر سلسلة RX 6000 من AMD لأي شخص يعتبر Ray Tracing عاملاً مهمًا في قرار الشراء. قد يتغير هذا ويجب أن يتغير مع عروض AMD المستقبلية ، بالإضافة إلى التحسينات في كل من برامج التشغيل وتحسين الألعاب مع مرور الوقت.
الألعاب القادمة التي تدعم كلا من RTX و DLSS - صورة: Nvidia
الكلمات الأخيرة
لقد قفزت AMD أخيرًا إلى مشهد Ray Tracing مع تقديم سلسلة بطاقات الرسومات RX 6000 الخاصة بها بناءً على بنية RDNA 2. على الرغم من أنها لا تتفوق على بطاقات سلسلة RTX 3000 من Nvidia في معايير Ray Tracing المباشرة ، إلا أن عروض AMD توفر أداء تنقيط تنافسي للغاية وقيمة رائعة والتي قد تروق للاعبين الذين لا يهتمون بـ Ray Tracing كثيرًا. ومع ذلك ، فإن AMD في طريقها إلى تحسين أداء Ray Tracing من خلال عدة خطوات رئيسية في تتابع سريع.
النهج الذي تتبعه Nvidia و AMD لـ Ray Tracing متشابه إلى حد ما ، لكن كلا الشركتين تستخدمان تقنيات أجهزة مختلفة للقيام بذلك. أظهرت الاختبارات الأولية أن مراكز RT Cores المخصصة من Nvidia تتفوق على مسرعات الأشعة AMD المدمجة في وحدات الحوسبة نفسها. قد لا يكون هذا مصدر قلق كبير للمستخدم النهائي ، ولكنه أمر مهم يجب مراعاته في المستقبل لأن مطوري الألعاب يواجهون الآن قرارًا لتحسين ميزات RT الخاصة بهم لأحد النهجين.
