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Xbox: Entwickler spricht von dedizierter Ray-Tracing-Hardware von AMD

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ray-tracingEs wurde schon viel über die Hardware der kommenden Konsolengenerationen geschrieben. Sowohl Microsoft für die nächste Xbox als auch Sony für die nächste Playstation werden auf einen Custom-Chip von AMD zurückgreifen. In einem Interview mit Gamespot sagte ein leitender Entwickler von The Coalition (das Entwicklerstudio hinter Gears 5) nun, dass der Einsatz von dedizierter Hardware einen großen Einfluss habe.

Im Rahmen der Vorstellung der RDNA-Architektur bzw. der Navi-Karten sprach AMD auch über die eigene Vision im Hinblick auf die Ray-Tracing-Techniken. Laut dieser sollte die nächste Generation der RDNA-Architektur dedizierte Hardware bzw. eine Hardwarebeschleunigung für die Berechnungen besitzen. Für die aktuelle Hardware reichte AMD ein Patent ein, welche die Berechnung über die Shader beschreibt. Ähnlich ermöglicht dies auch NVIDIA für die Turing-Karten ohne RTX-Zusatz und auf Karten mit Pascal-GPU.

Doch im Interview fragte Gamespot Colin Penty von The Coalition nach seiner Einschätzung der Leistung der Xbox Scarlet und den Möglichkeiten der gesteigerten Leistung.

"I know you can't talk about unreleased hardware, but at a high level, what are your thoughts on even more increased power with the new console in terms of what it will allow you to do technically, but also creatively?"

Die Antwort lautete:

"We don’t have anything to announce right now in terms of Gears with the new hardware--but I’m definitely super excited about what the new hardware could do. Having dedicated ray tracing cores is huge."

Demnach sei er definitiv darüber begeistert, was die neue Hardware leisten kann. Der Einfluss dedizierter Ray-Tracing-Kerne sei riesig.

Nun kann man sich die Frage stellen, ob damit dedizierter Hardware für die Ray-Tracing-Berechnungen bestätigt ist oder nicht. Dies hängt wohl auch davon ab, wann die nächste Xbox auf den Markt kommen wird. Derzeit wird vom Herbst 2020 ausgegangen und damit wird die Verwendung der RDNA2-Architektur immer wahrscheinlicher. Diese soll laut AMD bereits dedizierte Ray-Tracing-Hardware vorsehen.

Sony hat den Einsatz eines Custom-Soc von AMD mit acht Zen-2-Kernen und Navi-Architektur bereits bestätigt. Aber es stellt sich auch hier die Frage, ob damit die Navi-Chips auf Basis der RDNA-Architektur gemeint sind oder bereits von RDNA2 die Rede ist. Ray Tracing ließe sich auf beiden Wegen umsetzen, hardwarebeschleunigt aber wohl nur mit der RDNA2-Architektur.

RT Cores: NVIDIA machte es vor und überraschte alle

NVIDIA überraschte im vergangenen Jahr viele mit der Ankündigung in der Turing-Architektur auch dedizierte Ray-Tracing-Beschleuniger zu verwenden. In gewisser Weise hat man die Konkurrenz damit überrumpelt, wenngleich es über Monate an der notwendigen Softwareunterstützung fehlte. Microsoft bietet mit der DXR-API die entsprechende Softwareschnittstelle. NVIDIA verwendet die eigene RTX-API und die RT Cores, um die Berechnungen zu beschleunigen. Davon sind einige Dutzend in den Turing-GPUs vorhanden – neben den bekannten Shadereinheiten

Etwas Hintergrund zu den RT Cores: 

Die RT Cores werden für ein Bounding Volume Hierarchy (BVH) getauftes Verfahren verwendet. Dies dient vor allem zur Reduzierung des Rechenaufwands. Bei der BVH wird eine Szene in immer kleinere Blöcke aufgeteilt und diese wiederum werden den Primitives zugewiesen. Letztendlich muss der Ray nur noch in den Blöcken betrachtet werden, die er auf dem Weg zum Primitiv kreuzt. Das Verfahren ähnelt den Voxeln, die NVIDIA für die Voxel Global Illumination (VXGI) verwendet. BVH verwendet nun eine Hierarchie, welche genau aufzeigt, für welchen Block und letztendlich welches Primitiv die Berechnung für das Ray Tracing durchgeführt werden muss.

BVH lässt sich auch in Software ausführen. Dies bedeutet für die Shader, dass diese pro Ray mehrere tausend Instruktionen berechnen müssen, die immer wieder mit Schleifen für das Auffinden der Sub-Box oder des letztendlichen Primitiv durchzogen sind. Erst am Schluss kann das eigentliche Shading für diesen Ray fortgesetzt werden.

Hier kommen dann die RT Cores ins Spiel. Diese besitzen Special Function Units (SFU), die auf die Aufteilung der Sub-Boxen bis hin zum Primitiv und Evaluierung bei Auftreffen des Rays auf einem Primitiv, optimiert sind. Die Shader starten den Prozess zur Berechnung bzw. fragen diese an, der RT Core übernimmt die Berechnung und gibt sein Ergebnis an die Shader zurück, die dann wiederum ihre Rendering-Pipeline durchlaufen können.

NVIDIA kann die besonders aufwendigen Berechnungen also auslagern und hält somit die Ressourcen der Shader für das klassische Rasterization-Rendering frei. Es fehlt NVIDIA und der Hardware aber noch immer an Spielen, die davon Gebrauch machen. Bis Ende des Jahres sollen aber noch ein paar weitere mit RTX-Unterstützung hinzukommen. 2020 dürfte für AMD damit ein guter Zeitpunkt sein auf den Zug aufzuspringen.