Fermi (GF100): pohled na architekturu čipu
31.3.2010, Petr Štefek, technologie
V dnešním článku, který je předvojem praktických testů, se podíváme na architekturu netrpělivě očekávaného čipu Fermi (GF100). Tento čip je s přehledem tím největším, co kdy bylo v segmentu grafických jader vyrobeno a integruje i největší množství procesorů.
Kapitoly článku:
Když se podíváme na nejnovější hry, tak musíme konstatovat, že zde je použito velké množství transparentních textur. Ty jsou využity všude - od stromů po pletivo nebo ostnaté dráty. A právě tyto typy objektů je potřeba vyhladit, abychom dosáhli podstatného zlepšení úrovně obrazu. Vzpomeňme si na poslední herní hity jako Bad Company 2 nebo Metro 2033, které získají využitím vyhlazení transparentních textur úplně jiný rozměr kvality zobrazení a je často lepší zvolit nižší level detailů ve spojení právě s vyhlazováním, než naopak.
Nvidia se pustila také do vylepšení CSAA (Coverage Sample Anti-Aliasing), které známe již od dob čipu G80 (GeForce 8000). Tato metoda je založena na určování toho, jak velkou část polygonu pokrývají pixely. Testováním polygonu se získají i uloží data a pro ROP již není nutné shromažďovat a uchovávat data o barvě a Z (hloubka), jako je tomu u klasického MSAA. Kvalita není nijak výrazně vyšší než u klasického MSAA, ale je to metoda, která vyžaduje podstatně méně výkonu a paměti.
CSAA 16x v podání čipu GT200
CSAA 32x v podání nového GF 100
V případě minulé generace GT200 bylo možné testovat jen hrany polygonu, což sice vyhoví většině modelů, ale co například modely s transparentními texturami, které nebylo možné pomocí CSAA vyhladit? Nyní se již nemusíme bát - pletivo plotu, tráva, listy stromů - to vše jsou transparentní textury. Využíváno jich musí být s ohledem na náročnost, neboť vytvořit výše jmenované jako 3D modely by bylo prakticky nemožné. Sice ani ne tak s ohledem na čas, jako spíše na další akceleraci.
Prostě s ohledem na to, že například části stromu nebo trávu tvoří plochy s nanesenou transparentní texturou (asi byste byli překvapeni, jak vypadá strom ve hře – koruna se skládá z několika prolínajících se vodorovných ploch s texturou). Takto je tvořeno velké množství objektů. Nároky na výkon u algoritmu Super-Samplingu jsou enormní, proto je třeba myslet dále.
Problém MSAA je, že nedokáže vyhladit vnitřní část těchto ploch. U CSAA v podání GF100 to již nehrozí a budeme mít pěkně vyhlazené lístečky i větvičky a všichni budou spokojeni, neboť dopad na výkon bude velmi malý. Tento problém řešila Nvidia částečně v DirectX 10, kdy zavedla techniku aplha masky pro pokrytí tohoto problému. Omezením ovšem bylo také to, že starší generace čipů Nvidia dokázaly rozlišit a vyhladit pouze 9 úrovní transparentnosti (průhlednosti), což už pro některé transparentní textury nedostačovalo a přechody nebyly zdaleka jemné.
GF100 toto řeší jednak tím, že vychází rovnou ze 32 samplů na pixel, což mu zaručuje možnost rozlišení až 33 úrovní průhlednosti (transparentnosti). Další novinkou je, že dovoluje využít až 24 samplů na pixel, což je podstatný krok kupředu oproti 16 u předchozí generace GeForce GT200. To znamená, že SLI v podání dvou karet s čipy GF100 bude znamenat rovněž novou úroveň vyhlazování. SuperSampling je samozřejmě cestou k nejvyšší kvalitě, ale i dnes - přes všechen ten výkon nejmodernějších karet - pošle FPS v průměrné hře do kolen.
Když se podíváme na možnosti CSAA, tak se logicky musíme ptát, jakou výhodu nám může přinést TMAA (Transparency Multi-Sample Anti-Aliasing), když právě on tady byl proto, aby vyhlazoval transparentní textury. Odpověď je jednoduchá, TSAA je tady pro všechny DirectX 9 hry (a že jich je požehnaně), které využívají transparentní textury a vy je chcete vyhlazovat. S CSAA byste u takových her nepochodili, protože metody vyhlazování transparentních textur užitím „aplha to coverage“ jednoduše DirectX 9 nepodporují.
Zároveň s TMAA přicházejí problémy, jako je vytváření falešné geometrie na plochách s nanesenou transparentní texturou. GF100 toto v rámci možností řeší jemnějším rozlišením přechodů. TSAA (Transparency Super-Sample Anti-Aliasing) je stále nejlepší metodou, ale bohužel opět se jedná o výjimečně náročnou metodu, což převažuje nad kvalitou výsledného obrazu.
Nvidia se pustila také do vylepšení CSAA (Coverage Sample Anti-Aliasing), které známe již od dob čipu G80 (GeForce 8000). Tato metoda je založena na určování toho, jak velkou část polygonu pokrývají pixely. Testováním polygonu se získají i uloží data a pro ROP již není nutné shromažďovat a uchovávat data o barvě a Z (hloubka), jako je tomu u klasického MSAA. Kvalita není nijak výrazně vyšší než u klasického MSAA, ale je to metoda, která vyžaduje podstatně méně výkonu a paměti.
CSAA 16x v podání čipu GT200
CSAA 32x v podání nového GF 100
V případě minulé generace GT200 bylo možné testovat jen hrany polygonu, což sice vyhoví většině modelů, ale co například modely s transparentními texturami, které nebylo možné pomocí CSAA vyhladit? Nyní se již nemusíme bát - pletivo plotu, tráva, listy stromů - to vše jsou transparentní textury. Využíváno jich musí být s ohledem na náročnost, neboť vytvořit výše jmenované jako 3D modely by bylo prakticky nemožné. Sice ani ne tak s ohledem na čas, jako spíše na další akceleraci.
Prostě s ohledem na to, že například části stromu nebo trávu tvoří plochy s nanesenou transparentní texturou (asi byste byli překvapeni, jak vypadá strom ve hře – koruna se skládá z několika prolínajících se vodorovných ploch s texturou). Takto je tvořeno velké množství objektů. Nároky na výkon u algoritmu Super-Samplingu jsou enormní, proto je třeba myslet dále.
Problém MSAA je, že nedokáže vyhladit vnitřní část těchto ploch. U CSAA v podání GF100 to již nehrozí a budeme mít pěkně vyhlazené lístečky i větvičky a všichni budou spokojeni, neboť dopad na výkon bude velmi malý. Tento problém řešila Nvidia částečně v DirectX 10, kdy zavedla techniku aplha masky pro pokrytí tohoto problému. Omezením ovšem bylo také to, že starší generace čipů Nvidia dokázaly rozlišit a vyhladit pouze 9 úrovní transparentnosti (průhlednosti), což už pro některé transparentní textury nedostačovalo a přechody nebyly zdaleka jemné.
GF100 toto řeší jednak tím, že vychází rovnou ze 32 samplů na pixel, což mu zaručuje možnost rozlišení až 33 úrovní průhlednosti (transparentnosti). Další novinkou je, že dovoluje využít až 24 samplů na pixel, což je podstatný krok kupředu oproti 16 u předchozí generace GeForce GT200. To znamená, že SLI v podání dvou karet s čipy GF100 bude znamenat rovněž novou úroveň vyhlazování. SuperSampling je samozřejmě cestou k nejvyšší kvalitě, ale i dnes - přes všechen ten výkon nejmodernějších karet - pošle FPS v průměrné hře do kolen.
Když se podíváme na možnosti CSAA, tak se logicky musíme ptát, jakou výhodu nám může přinést TMAA (Transparency Multi-Sample Anti-Aliasing), když právě on tady byl proto, aby vyhlazoval transparentní textury. Odpověď je jednoduchá, TSAA je tady pro všechny DirectX 9 hry (a že jich je požehnaně), které využívají transparentní textury a vy je chcete vyhlazovat. S CSAA byste u takových her nepochodili, protože metody vyhlazování transparentních textur užitím „aplha to coverage“ jednoduše DirectX 9 nepodporují.
Zároveň s TMAA přicházejí problémy, jako je vytváření falešné geometrie na plochách s nanesenou transparentní texturou. GF100 toto v rámci možností řeší jemnějším rozlišením přechodů. TSAA (Transparency Super-Sample Anti-Aliasing) je stále nejlepší metodou, ale bohužel opět se jedná o výjimečně náročnou metodu, což převažuje nad kvalitou výsledného obrazu.
