Технология и архитектура NVIDIA Turing GeForce RTX

     Архитектура Turing – это самый главный секрет компании NVIDIA, если они действительно работают над ней 15 лет. Эта архитектура несет в себе, возможно, самую значительную инновацию в области 3D-графики в режиме реального времени с момента появления (почти десять лет назад) программируемых шейдеров. Рейтрейсинг в режиме реального времени для 3D-графики действительно стал заветной целью, ибо он требует практически предельных вычислительных затрат. С новым семейством видеокарт GeForce RTX можно будет сделать вид, что рейтрейсинг уже в руках геймеров. Мы здесь говорим «сделать вид», поскольку в NVIDIA применили ряд хитроумных решений, в результате чего новые видеокарты позволяют получить в режиме реального времени 3D-изображения, очень похожие на те, которые получаются при рендеринге с рейтрейсингом, занимающим многие часы.

     Примерно год назад мы впервые услышали кодовое наименование "Turing," но не придали этому должного значения, потому что чип NVIDIA мог разрабатываться с корыстной целью настричь купонов на волне растущей популярности майнинга – и вот для этого они назвали архитектуру в честь математика, который спас миллионы жизней, расшифровав фашистский код "Enigma" и тем самым ускорив конец Второй мировой войны. Мы и не знали, что в NVIDIA присвоили новой архитектуре имя Алана Тьюринга (Alan Turing) не столько за его достижения в области криптографии, сколько за его всемирную известность как теоретика искусственного интеллекта (ИИ) и основателя теоретической информатики.



     На протяжении пяти с лишним лет NVIDIA вкладывала в ИИ большие средства, разрабатывая первые модели глубокого обучения нейросетей, в которых основной упор был сделан на технологию CUDA и мощные графические процессоры NVIDIA. Первые попытки построения и обучения нейросетей показали, что эта задача требует очень больших временных затрат даже со стороны самых мощных GPU и, следовательно, необходимо применить компоненты, ускоряющие тензорные вычисления. Для этого в NVIDIA разработали первые компоненты с закрепленной функцией тензорных вычислений, которые назвали просто "Tensor Cores" – ядра Tensor. Это крупные специализированные компоненты, осуществляющие операции перемножения трехмерных матриц размером 3x3x3. Ядра Tensor были впервые применены в архитектуре "Volta", которая, как мы тогда думали, могла бы естественным образом прийти на смену архитектуре "Pascal". Однако в NVIDIA решили, что самое время представить свежеиспеченную технологию RTX.

     В графической архитектуре Turing представлена третья, заключительная составляющая амбициозного проекта NVIDIA по разработке пользовательского аппаратного обеспечения, реализующего метод рейтрейсинга, – ядра RT. Ядра RT представляют собой специализированные компоненты, которые выполняют ту же функцию, что и ядра CUDA в NVIDIA Optix – предтече RTX. Вы вводите математическое представление луча, который пересекает сцену; при этом вычисляются координаты точки пересечения луча с любой треугольной областью в пределах сцены.

     NVIDIA RTX – это универсальная гибкая модель рейтрейсинга для пользовательской графики, работающая в режиме реального времени. Она направлена на минимизацию набора инструментов, используемых в современном графическом 3D-программировании, и оптимизацию кривой обучения специалистов. В результате она должна оказать на реалистичность изображений столь же значительное влияние, как и антиалиазинг, программируемые шейдеры и тесселяция (все эти методы в свое время послужили отправными пунктами для стремительного роста вычислительной мощности графических процессоров). Технология RTX построена на основе ядер Tensor и архитектуры Turing, в которой ядра последнего поколения CUDA работают совместно с новым компонентом – ядром RT.

     NVIDIA впервые представила технологию RTX в серии профессиональных видеокарт Quadro RTX, на конференции SIGGRAPH-2018 – не только потому, что это событие предшествует Gamescom, но и потому, что на нем новые технологии демонстрируются в первую очередь разработчикам контента. Серия GeForce RTX – это первое за десять лет семейство игровых видеокарт NVIDIA, у которых в наименовании отсутствует суффикс "GTX", и это просто говорит о том, насколько большое значение придается успеху технологии RTX.

     Очень скоро, когда NVIDIA снимет свое эмбарго c обзоров характеристик этих новых видеокарт, мы предложим вашему вниманию обзор результатов производительности видеокарт Turing в ряде игр.