Видеокарты NVIDIA Quadro RTX с искусственным интеллектом

Представьте себе, что вам надо срочно поместить объявление о продаже дачи. У вас есть фотография участка, но вот беда: в углу – огромная куча навоза. Убрать ее с помощью фотошопа? Это полдня кропотливой работы профессионала. А теперь вообразите, что у вас есть суперфотошоп на базе видеокарты NVIDIA Quadro RTX. Вы просто затираете кучу ластиком, и на ее месте тут же «сама собой» появляется роскошная лужайка, которую искусственный интеллект «вообразил», исходя из содержания фотографии и собственного понимания прекрасного. Причем подмену заметить практически невозможно. И это только один из фокусов новой технологии.

Выше описана только одна из возможностей, которую предоставляют разработчикам приложений новые графические процессоры NVIDIA Quadro RTX, презентация которых прошла в Москве 5 декабря 2018 года. Новинка заинтересует не только производителей фейковых новостей, но и всех профессионалов по визуальному контенту, и, конечно, геймеров.

Вот такое кино

Новый продукт компании в яркой и образной манере представил собравшимся Дмитрий Конягин, руководитель направления профессиональных продуктов NVIDIA.

Презентация началась с видеоролика с кадрами из «спецэффектных» фильмов и популярных компьютерных игр. Суть этого киноигрового попурри объяснил Дмитрий Конягин, руководитель направления профессиональных продуктов NVIDIA.

«Здесь была смесь кадров из голливудских фильмов и компьютерных игр. Возникает вопрос: почему такая смесь? Ответ в следующем: те, кто занимаются видео и кино, хотят, чтобы изображение можно было отрисовывать в режиме реального времени, как в играх. А те, кто занимаются разработкой компьютерных игр, мечтают, чтобы качество картинки у них было таким, каким в кино. Кажется, что эти две задачи несовместимы: делаем либо хорошо, либо быстро. Продукты семейства RTX как раз и признаны удовлетворить оба лагеря».

Дмитрий Конягин: «За последние 10 лет все «Оскары» были получены за спецэффекты, которые создавались на платформе NVIDIA Quadro, и, я думаю, что эту историю успеха мы продолжим дальше с технологией RTX».

«В индустрии создания визуального контента продолжается гонка разрешений. Еще недавно 4К казалось фантастикой, но сейчас в любом магазине телевизоров с 4К уже едва ли не больше, чем без этой технологии. И уже не за горами 8К, поэтому нам будут нужны соответствующие решения, позволяющие с этим разрешением эффективно работать».

«А есть и еще один тренд, который связан с приходом в отрасли, связанные с генерацией визуального контента, технологий, которые называются громким словом искусственный интеллект».

Волшебные лучи

В новом продукте NVIDA используется технология RTX. Буквы RT в этой аббревиатуре обозначают Ray Tracing – это технология построения изображений посредством трассировки лучей, или рейтрейсинга. Ну а буква Х, надо полагать, символизирует особую продвинутость в данной области. Над этой технологией компания и в самом деле работала много лет, но лишь сейчас графические ускорители стали достаточно производительными, чтобы вполне воспользоваться ее преимуществами. Вот как Дмитрий Конягин описал эти преимущества.

Ниже – изображение максимального качества, которое можно получить с помощью стандартной компьютерной графики, а выше показано, как выглядит та же самая сцена с использованием технологии RTX.

«Генерируя изображение по технологии RTX, мы совершенно честно рассчитываем свет и тень на основании законов физики и оптики, а не на основании тех ограничений, которые на них накладывает компьютерная графика. Теперь мы используем не заранее предрассчитанный свет, а глобальное освещение сцены, которое позволяет нам делать ее более реалистичной, такой, как она выглядела бы на самом деле».

Дмитрий Конягин: «Рынок профессионального рейтрейсинга, без компьютерных игр, мы оцениваем примерно в 6 млрд изображений ежегодно».

«Эта технология используется, когда мы хотим предъявить фотографию еще не существующего объекта, а не просто его 3D-модель, чтобы его цифровая копия была идентична его реальной копии. Рынок профессионального рейтрейсинга, без компьютерных игр, мы оцениваем примерно в 6 млрд изображений ежегодно. Сюда входит кино, реклама, архитектурная и промышленная визуализация. Это тот рынок, которому нам есть что предложить с технологией RTX».

«Во-первых, продукты, о которых мы сегодня говорим, обладают достаточной мощью, чтобы рейтрейсинг производить в реальном времени или близко к реальному времени».

«Во-вторых, чтобы обеспечить необходимую производительность вычислений при использовании рейтрейсинга, мы применяем технологии искусственного интеллекта».

«И третий момент, который до недавнего момента был существенным ограничением для графических процессоров, это объем памяти. Если мы говорим про действительно сложные и большие изображения, то для того, чтобы процессор мог эффективно работать с ними, нужно, чтобы изображение целиком помещалось в памяти графического процессора. Но традиционно память графических процессоров славится очень высокой скоростью работы, но относительно маленьким объемом. С этим мы почти покончили. Во-первых, памяти на графическом процессоре стало значительно больше, чем было. Плюс в сегмент профессиональной графики пришла технология NVLink, которая позволяет объединить две графические карты, получая вдвое больший объем графической памяти, с которой процессор может эффективно работать».

Дмитрий Конягин: «С выходом технологии RTX мы начинаем привлекать в помощь при работе со сложными с точки зрения вычислительной емкости изображениями, созданными на базе технологии рейтрейсинга, мощь искусственного интеллекта. Это одно и то же изображение, созданное на базе технологии рейтрейсинга. Но с левой стороны мы получаем первичное изображение и ждем, пока оно будет очищено от шумов, то есть пока будет медленно просчитываться поведение всех лучей и их отражений. Справа вы видите то же самое изображение, но в помощь счету, который осуществляется согласно законам физики и оптики, добавлена нейронная сеть, обученная на то, чтобы этот процесс радикально ускорять. Несмотря на то, что мы делаем часть работы честно, а часть, скажем так, нечестно, результат мы получаем 100-процентно идентичный, но гораздо быстрее».

«Хочу подчеркнуть: мне очень не хочется, чтобы у вас сложилось впечатление, что NVIDIA перестала заниматься компьютерной графикой. Весь функционал для этого в наших графических процессорах есть, его стало больше, он стал лучше, но я стараюсь вам в первую очередь рассказать про действительно радикальные изменения».

Красоты архитектуры

Дмитрий Конягин коротко рассказал о том, как устроено это умное «железо», а также сколько оно стоит.

Дмитрий Конягин: «Этот слайд уже устарел, что приятно. Мы выпускаем продукты быстрее, чем успеваем обновлять слайды. Это три наших топовых продукта,но можно было бы
здесь добавить еще один – NVIDIA Quadro RTX 4000, который мы анонсировали в ноябре. Новые продукты будут доступны в России в 2019 году после новогодних праздников. Здесь вы видите американские рекомендованные розничные цены без налога. Актуальную цену в России нужно узнавать у наших дистрибуторов».

«Все продукты семейства NVIDIA Quadro RTX построены на базе нашей самой новой архитектуры, которая называется Turing. Я не буду сейчас лезть в архитектурные дебри. Обращаю ваше внимание лишь на несколько ключевых моментов. В продукте появилось два новых типа ядер: тензорные ядра, которые как раз и обеспечивают производительность для задач, связанных с искусственным интеллектом, и специальные RT-ядра, которые занимаются задачами рейтрейсинга».

«Может возникнуть вопрос: почему бы не продолжать просто наращивать размеры процессора? Мы бы, может быть, так и делали, если бы не одна неприятность, которая произошла с известным всем законом Мура. Он, по сути, перестал выполняться. Возможность и дальше бесплатно наращивать производительность за счет уменьшения размеров транзисторов закончилась. И мы идем путем, связанным с добавлением в наши процессоры специализированных модулей, элементов архитектуры, которые позволяют нам продолжать наращивать производительность, но не за счет увеличения количества транзисторов, а за счет их чуть большей специализации.

Дмитрий Конягин: «Что очень важно, мы поможем сэкономить не только и даже не столько на приобретении нового оборудования, потому что эти сервера, конечно, будут более дорогими. Во-первых, мы экономим на инфраструктуре, поскольку понадобится физически меньше стоек, меньше площади в ЦОДе и т.д. Второй важный момент состоит в том, что если система работает 24 часа 365 дней в году, то стоимость электроэнергии на ее работу и охлаждение окажется сравнимо со стоимостью оборудования. Появляется возможность радикально экономить на операционных расходах».

«Я хотел бы обратить ваше внимание на новый продуктовый сегмент, которого у нас раньше не было. Нашим топовым продуктом почти всегда был процессор с индексом 6000. Теперь у нас появился продукт 8000. Его специфика состоит в объеме памяти. Это первый графический процессор, который имеет память 48 Гб. Более того, технология NVLink позволяет объединить две таких видеокарты, и они будут видеть всю память в этой системе как свою родную. Таким образом, у нас есть возможность получить рабочую станцию, в которой будет 96 Гб видеопамяти».

«Есть много новых вещей, связанны с VR – виртуальной реальностью, но я обращу ваше внимание только на одну техническую подробность: у нас появился разъем, который называется VirtualLink. Электрически это USB-C, но с его помощью можно напрямую подключать шлем виртуальной реальности, что позволяет отказаться от лишних проводов, поскольку этот разъем позволяет не только передавать данные, но и обеспечивать питание. У нас будет всего один провод к шлему».

Искусство интеллекта

И в завершение Дмитрий Конягин рассказал о самом интригующем: об использовании возможностей искусственного интеллекта в новом продукте.

«Как я уже сказал, RTX, по сути, сочетание трех вещей в одном: технология рейтрейсинга в режиме реального времени, общее увеличение производительности процессора как такового и применение искусственного интеллекта для ускорения решения задач, связанных с генерацией изображений. Вот три примера использования искусственного интеллекта в задачах, не связанных с рейтрейсингом».

Пример первый: искусственный интеллект в режиме реального времени достраивает недостающие кадры, чтобы при замедленной демонстрации стандартного видео движение объектов не выглядело прерывистым. НИКС, кстати, давно использует подобную технологию при построении 3d-изображений своих товаров на сайте, но, конечно, получает их не в режиме реального времени.

«Первый пример: если стандартное видео с частотой 30 кадров в секунду замедлить в 8 раз, то у нас движение становится рваным, поскольку физически не хватает кадров для гладких переходов. Их достраивает обученная нейронная сеть на базе реальных кадров. В режиме реального времени добавляется на один фактически снятый кадр 7 синтетических».

Пример второй: искусственный интеллект заменяет удаленные фрагменты изображения исходя из тех понятий, которые ему внушили при глубоком машинном обучении. Теперь в человеке все можно сделать прекрасным до полной неузнаваемости. Старик после обработки строит такие же глазки, что и красавица ниже.

«Второй пример: инпейнтинг – генерация отсутствующих фрагментов изображения. Предположим, нам нужно удалить что-то ненужное с фотографии. Морщину или глаз. Для этого достаточно стереть белым маркером то, что вы хотите удалить. И на этом месте появится новый фрагмент: другой глаз или кожа без морщин. И все это в режиме реального времени. Откуда возникает новый глаз? Перед этим мы долго мучили искусственный интеллект, показывая ему много миллионов изображений с различными глазами. То есть у нас не человек с фотошопом, которому дали два часа, а то и два дня, чтобы обработать изображение. У нас глупая «железка», которая на самом деле не глупая, а умная и очень быстрая».

Пример третий. В шпионских фильмах часто можно видеть, как, увеличивая крошечный фрагмент фотографии, агенты извлекают из пары расплывчатых пикселей важнейшую улику. Теперь такая техника стала реальностью, а не плодом фантазии режиссеров.

«Еще один пример – это повышение разрешающей способности, когда у нас есть какое-то изображение и нам нужно его часть увеличить, но так, чтобы получить не «мыло», а то же самое качество, хотя исходного разрешения нам для этого не хватает. Есть некоторые компании, которые занимаются поиском решений для некоторых специальных служб в некоторых государствах и, собственно, решают ту же самую задачу, когда с кадра достаточно низкого разрешения нужно получить детализацию определенного объекта».

«Мы, кстати, не претендуем на то, что продемонстрированные здесь примеры – это готовый продукт. NVIDIA не занимается такого рода продуктами. Это некая техническая демонстрация возможностей, которую вы достаточно быстро увидите в виде плагинов к привычным вам коммерческим продуктам, где будет добавлен тот или иной функционал. Это наш исследовательский проект, который мы выложили в Open Source, чтобы все желающие могли им воспользоваться с точки зрения прикручивания к своим продуктам».

«Отдельная тема – использование этих технологий для производства фейковых новостей. Но это вопрос уже не к нам. Мы создаем технологию, а применять ее можно как во благо, так и во зло».

Холдинг НИКС – это сеть из более чем 100 магазинов цифровой техники по всей России; это инжиниринговый центр по проектированию высокотехнологичных производств «Проектмашприбор», на 75% принадлежащий компании НИКС и на 25% – Госкорпорации «Ростех»; это нанотехнологическая лаборатория, в стенах которой разработаны и изготовлены сканирующие туннельные микроскопы, исследуется квантовый электронный транспорт в металлических наноструктурах, ведутся работы по квантовым вычислениям; это агропромышленный комплекс «Тюринский» площадью 19 100 га в Тульской области, который по производительности труда сопоставим с немецкими фермерскими хозяйствами.

Читайте также:

Все, что вы хотели знать о квантовых компьютерах, но боялись спросить

В гостях у сказки.

Радиоэлектронная пирамида

Стартапы на службе ЦРУ.

Все эти гигабайты и гигагерцы – чисто рекламные вещи

Все знают, что Россия отстает в радиоэлектронике, но мало кто догадывается, насколько.