Vandaag klinkt het startschot voor een nieuw tijdperk in de weergave van games. 20 september is de datum waarop de nieuwe videokaarten van Nvidia, gebaseerd op de Turing-architectuur, in de winkels komen te liggen. De records brekende prestaties van de href="https://www.msi.com/Graphics-card/GeForce-RTX-2080-Ti-GAMING-X-TRIO">MSI GeForce RTX 2080 Gaming X Trio</a> zijn uiteraard fantastisch, maar de echte nieuwswaarde zit onder de motorkap.
Net als de eveneens nieuwe RTX 2070 en RTX 2080 Ti is de RTX 2080 Gaming X Trio gebaseerd op de nieuwe Turing-architectuur van videokaartenfabrikant Nvidia. Bij deze generatie kunnen we de gebruikelijke vinkjes zetten: een kleiner productieprocedé voor betere prestaties bij hetzelfde energieverbruik, meer rekenkernen en dus een hogere framerate in games. In vergelijking met de vorige generatie is de videochip echter bijna anderhalf keer zo groot met 754 vierkante millimeter. Waar die extra oppervlakte voor wordt gebruikt is precies wat deze architectuur zo bijzonder maakt.
Rasters en trukendozen
De kaarten op basis van Turing zijn voorzien van speciale ‘ray tracing’-kernen en de MSI GeForce RTX 2080 Gaming X Trio is daarmee een van de eerste consumentenkaarten die is ontworpen om dit tijdsintensieve proces in real time uit te voeren. Dit vereist enige uitleg.
De gebruikelijk methode die videokaarten (of ‘graphics processing units’) gebruiken om beelden op je scherm te toveren is ‘rasterisation’. De videokaart bouwt een scène op, kleedt hem aan en schijnt er licht op. Vanuit het perspectief van de toeschouwer vangt de videokaart de driedimensionale scène in een tweedimensionaal raster. Alsof je een kleien bol door een zeef met vierkante gaatjes duwt.
Het rasteren van beelden werkt fantastisch en over de jaren zijn er tal van trucjes bedacht om snel realistische beelden te verwezenlijken. Aan die trucjes kleven echter ook nadelen. Om tijd te besparen snijdt de videokaart bijvoorbeeld objecten weg uit de scène als ze achter een object staan dat zich dichter bij het camerastandpunt bevindt. De schaduwen die dat weggesneden object zou werpen vallen zo weg en ook in reflecties ontbreekt schittert dit object in afwezigheid.
Stralen van geluk
Ray tracing is vele malen simpeler. Deze techniek bootst na hoe lichtstralen vanuit een lichtbron afketsen van objecten om uiteindelijk bij het oog aan te komen. Simpele meetkunde, maar wel miljarden keren per seconde. Het is inefficiënt om voor elke lamp een x aantal stralen te berekenen; de meesten bereiken de camera toch niet. Daarom werkt men al decennia lang met ray tracing in tegengestelde richting. Voor elke pixel schiet de gpu een straal op de scène af. Deze stuiteren een paar keer rond en met elke aanvaring wordt het licht in verschillende mate geabsorbeerd, gereflecteerd en verstrooid. Zodra de lichtstraal is uitgestuiterd of een lichtbron tegenkomt blijft er een kleurwaarde over voor de pixel.
Ray tracing is een heerlijk elegante oplossing om computerbeelden te berekenen. De weergave van licht en schaduwen is met deze techniek letterlijk fotorealistisch. Een groot voordeel is bovendien dat de prestaties van ray tracing zelf los staan van de complexiteit van de scène (al moet die complexe scène wel nog steeds opgebouwd worden). Zolang het aantal pixels en het aantal weerkaatsingen vaststaan, maakt het voor de videokaart niet veel uit of er twee of twee honderd lichtbronnen staan te schijnen. Het grote nadeel is dat er verschrikkelijk veel rekenkracht voor nodig is. Op Ice Age (2002), de eerste film die volledig met ray tracing is getekend, hebben tientallen computers vier maanden moeten zwoegen. Een enkele frame kostte maar liefst dertien uur.
Het hangt af van de implementatie, maar met de 46 Rt-rekenkernen op de MSI GeForce RTX 2080 Gaming X Trio passen er nu meerdere frames in een enkele seconde. Het gaat nog jaren duren voordat games uitsluitend ray tracing gebruiken, maar vanaf deze generatie gaan we steeds vaker een combinatie van rasterisation en ray tracing zien. In de tussentijd biedt deze kaart ook kansen voor professionele gebruikers die regelmatig mock-ups van producten moeten visualiseren. Dankzij de voor de taak ontworpen hardware volstaan een handvol van deze kaarten, waar je eerst een dure renderfarm voor nodig had.
Intelligente oplossingen
Ray tracing is het stralende middelpunt van de Turing-architectuur, maar de Rt-kernen zijn niet de enige innovatie van de MSI GeForce RTX 2080 Gaming X Trio. De videochip bevat 368 zogenoemde tensor-kernen. Deze rekenkernen zijn een ster in het type berekeningen die nodig zijn voor neurale netwerken, een vorm van kunstmatige intelligentie.
Nvidia is bezig deze kernen in te zetten in games om beelden te verscherpen door middel van ‘deep learning super sampling’. Het is moeilijk voorspellen welke oplossingen slimme programmeurs verder allemaal gaan verzinnen. De tensor-kernen waren al te vinden in de Nvidia Tesla V100, maar voor 13.000 euro lag de drempel om met AI te experimenteren nogal hoog. Met de komst van de Turing-architectuur is die drempel met een factor tien verlaagd. Net zoals videokaarten het grafische werk overnemen van de processor en de PhysX-kaarten en later Cuda-kernen op Nvidia-videokaarten mechanische berekeningen versnellen, maken de tensor-kernen in de MSI GeForce RTX 2080 Gaming X Trio nu een vergelijkbare sprong in kunstmatige intelligentie mogelijk.
Snelle ray tracing is lang toekomstmuziek gebleven, maar de instrumenten van morgen laten nu eindelijk hun eerste tonen horen. De MSI GeForce RTX 2080 Gaming X Trio betekent niet alleen fotorealistische beelden in games, ook voor beeldbewerking is de videokaart een godsgeschenk. Ray tracing en kunstmatige intelligentie gaan een stralende toekomst tegemoet.
Dit artikel is mede mogelijk gemaakt door MSI.
