Знакомство с Pascal. Архитектура, технологии и особенности GeForce GTX 1080

В Pascal появилась аппаратная поддержка технологии мультипроецирования, которая позволяет работать одновременно с разными проекциями изображения. Специальный блок Simultaneous Multi-Projection внутри PolyMorph Engine отвечает за формирование разных проекций при обработке одного потока геометрии. Этот блок обрабатывает геометрию одновременно для 16 проекций с одним или двумя центрами перспективы. Это не требует повторной обработки геометрии и позволяет реплицировать данные до 32 раз (16 проекций на две точки).

NVIDIA Pascal

Благодаря технологии можно получить корректное изображение на мультимониторных конфигурациях. При использовании трех мониторов изображение рендерится для одной проекции. Если крайние мониторы повернуты под небольшим углом, чтобы создать эффект окружения, то вы получите некорректную геометрию в боковых зонах. Мультипроецирование создает корректное изображение, формирую правильные проекцию в соответствии с углом положения монитора. Единственным условием для такого режима является поддержка широкого FOV самим приложением.

NVIDIA Pascal

Такая методика формирования изображения позволяет наиболее эффективно использовать изогнутые панели, а также открывает возможности для корректного рендеринга на других устройствах вывода изображения, даже на сферическом экране.

NVIDIA Pascal

Данная технология расширяет возможности Pascal при формировании стерео-изображения и в системах виртуальной реальности (VR). В режиме стерео формируется два изображения одной сцены для каждого глаза. Аппаратная поддержка Simultaneous Multi-Projection позволяет создать каждую проекцию для своего глаза при единоразовой обработке геометрии с использованием технологии Single Pass Stereo. И это значительно ускоряет работу в таком режиме.

NVIDIA Pascal

В системах VR пользователь использует очки со специальными линзами, которые вносят определенные искажения. Для компенсации изображение немного деформируется по краям, а пользователь в итоге наблюдает откорректированную линзой картинку. Но изначально видеокарта обрисовывает изображение в обычной плоской проекции, а часть периферийного изображения потом отпадает.

NVIDIA Pascal

Технология Lens Matched Shading может разбить изображение на четыре квадранта и сделать последующую выборку пикселей. То есть картинка изначально проецируется на несколько плоскостей, которые симулируют изогнутую форму линзы.

NVIDIA Pascal

Итоговое изображения рендерится в меньшем разрешении, ненужные зоны отсекаются. Изначально в Oculus Rift на один глаз идет изображение 1,1 мегапиксель, но первоначальной плоской проекции оно рендерится в разрешении 2,1 мегапиксель. Благодаря Lens Matched Shading начальное изображение будет 1,4 мегапикселя. Это позволяет значительно увеличить производительность в VR-режиме.

NVIDIA Pascal

Виртуальная реальность является перспективным направлением, которое расширит опыт взаимодействия с виртуальной средой и подарит игрокам новые ощущения. NVIDIA активно поддерживает развитие VR. Одним из сдерживающих факторов для популяризации VR-систем являются высокие требования к производительности графического ускорителя. Специальные технологии и аппаратная оптимизация способствует качественному росту быстродействия именно в этом направлении. Компания выпустила комплексный набор VRWorks из специальных API, библиотек и программных движков. В его состав входят в том числе средства работы с Single Pass Stereo и Lens Matched Shading. Сюда также входит технология MultiRes Shading, которая позволяет изменять разрешение в боковых зонах при VR-рендеринге с целью снижения нагрузки.

NVIDIA Pascal

Эффект присутствия связан не только с визуальными ощущениями, но и с другими чувствами. Звук тоже играет важную роль. Поэтому NVIDIA разработала технологию VRWorks Audio для воссоздания реалистичного звука с учетом положения источника звуковых волн и отражения их от поверхностей. Технология использует движок OptiX, который изначально использовался для просчета освещения по методу трассировки лучей. Отслеживается путь звуковых «лучей» от источника до отражающих поверхностей и обратно. Этот прогрессивный метод позволит воссоздавать реалистичный звук с учетом акустических особенностей виртуального помещения и с наложением отраженных звуков. Подробнее об NVIDIA VRWorks Audio в видеоролике:

Усилить эффект погружения можно за счет взаимодействия с виртуальной средой. Сейчас интерактивность реализована за счет позиционного слежения и отслеживания ручных контроллеров. На базе PhysX создан механизм, который определяет, будет ли взаимодействие при виртуальном контакте с тем или иным объектом. Также с PhysX можно реализовать достоверные физически эффекты при воздействии на виртуальную среду.

NVIDIA Pascal

В новом поколении видеокарт появилась поддержка VR SLI. Этот режим предусматривает, что обработкой изображения для каждого глаза в VR-режиме займется отдельный GPU. Такой способ исключает задержки при работе SLI и обеспечивает лучшую производительность. Поддержка VR SLI будет внедрена в движки Unreal Engine 4 и Unity, что позволяет надеяться на большую популяризацию этой технологии по мере роста доступности систем виртуальной реальности.

NVIDIA Pascal

Простая технология SLI тоже обновилась. Старшие видеокарты GeForce всегда имели два разъема под мостики SLI. Этими мостики нужны для коммутации всех видеокарт друг с другом в режимах 3-Way и 4-Way SLI. Теперь в простом SLI две видеокарты могут использовать сразу два интерфейса обмена данными, повышая общую пропускную способность.

NVIDIA Pascal

Новый способ коммутации требует новых сдвоенных мостиков SLI HB. Поддержка совместного режима при подключении по простому одинарному мостику сохраняется. Сдвоенный мостик рекомендуется для высоких разрешений — 4К, 5К и мультимониторных систем. Скоростной мостик рекомендуется также при 2K с монитором 120 Гц и быстрее. В более простых режимах можно обойтись мостиком старого образца.

У GeForce GTX 1080 повышена скорость самого интерфейса — с 400 МГц до 650 МГц. Она может быть реализована с новыми мостиками и с некоторыми версиями старого формата. Увеличение скорости обмена данными в SLI обеспечивает более плавную смену кадров и некоторый рост производительности в тяжелых режимах.

Возможности рендеринга на нескольких GPU в DirectX 12 были расширены. Поддерживается два основных типа работы с такими конфигурациями: Multi Display Adapter (MDA) и Linked Display Adapter (LDA). Первый позволяет работать совместно разным GPU, в том числе объединяя потенциал интегрированной и внешней графики. LDA рассчитан для совместного использования аналогичных решений. Implicit LDA по сути используется в SLI, благодаря чему обеспечивается широкая совместимость с приложениями на программном уровне. Explicit LDA и MDA дают больше возможностей разработчикам, но обеспечение такого режима в каждом приложении ложится на их плечи.

NVIDIA Pascal

Также стоит отметить, что официально заявлено о поддержке SLI только в конфигурации из двух GeForce GTX 1080. Более сложные конфигурации теоретически возможны в режимах Explicit LDA и MDA. Интересно, что при этом NVIDIA предлагает разблокировать режим 3-Way и 4-Way при помощи специального кода для энтузиастов. Для этого нужно будет сделать специальный запрос на сайте компании по идентификатору своего GPU.

В GPU GP104 появилась поддержка Fast Sync. Эта технология является альтернативой включенной или выключенной вертикальной синхронизации. В динамичных играх (особенно многопользовательских) высокая частота кадров обеспечивает максимальную отзывчивость на действия пользователя. Но при превышении частоты обновления монитора возможны артефакты в виде разрывов изображения. Это нейтрализует вертикальная синхронизация, что обеспечивает попутно и некоторые задержки. Fast Sync позволяет выводить максимальное количество кадров без вероятных разрывов. Это обеспечивается аппаратными изменениями в конвейере вывода изображения. Вместо традиционного двойного буфера используется тройной, и выводится только полностью отрендеренный кадр.

NVIDIA Pascal

С Fast Sync можно играть на обычном мониторе при 100–200 fps без визуальных артефактов и с минимальными задержками, как в обычном режиме с отключенным VSync. Ниже отражены результаты исследования задержек при выводе изображения в разных режимах в игре Counter-Strike: Global Offensive.

NVIDIA Pascal

Как видим, небольшая разница между Fast Sync и выключенным VSync есть, но она не идет ни в какое сравнение относительно задержек вывода кадров с активным VSync.

Если же говорить не о максимальной отзывчивости, а о максимальной плавности изображения, то она обеспечивается технологией G-Sync, которая реализуется в связке со специальными мониторами. G-Sync обеспечивает полную аппаратную синхронизацию выводимых кадров с частотой обновления экрана.

GeForce GTX 1080 может выводить изображение через DVI, HDMI и DisplayPort. Поддерживается DisplayPort 1.2 и HDMI 2.0b с HDCP 2.2, но видеокарта готова и к DisplayPort 1.3/1.4. В случае использования последних возможен вывод изображения 4K при 120 Гц или 8K (7680x4320) при 60 Гц через два кабеля DisplayPort 1.3. Для сравнения нужно отметить, что GeForce GTX 980 может выводить только 5120x3200 при коммутации через два кабеля DisplayPort.

Стандартная версия GeForce GTX 1080 оснащается тремя портами DisplayPort, одним HDMI и одним Dual-Link DVI.

NVIDIA Pascal

Процессор GP104 получил улучшенный блок декодирования/кодирования видео с поддержкой стандарта PlayReady 3.0 (SL3000) и аппаратного декодирования HEVC с поддержкой высококачественного видео 4K/8K. Полные возможности GeForce GTX 1080 в сравнении с GeForce GTX 980 отражены в нижней таблице.

NVIDIA Pascal

В списке инноваций GeForce GTX 1080 поддержка контента и дисплеев HDR. Этот стандарт является крупный прорывом в технологиях, обеспечивая охват видимого цветового пространства в 75% вместо 33% у RGB при глубине цвета 10/12 бит. Такие дисплеи отображают больше оттенков, имеют выше яркость и глубже контраст, позволяя рассмотреть больше тонких цветовых нюансов. На данный момент уже выпускаются телевизоры с поддержкой HDR, мониторы ожидаются в следующем году.

NVIDIA Pascal

Кроме декодирования HDR поддерживается и аппаратное кодирование, что позволит записывать видео такого стандарта. А в скором времени будет добавлена функция HDR-стриминга для игровой консоли Shield.

NVIDIA Pascal

NVIDIA работает с разработчиками над тем, чтобы привнести HDR в сегмент компьютерных игр. В результате поддержку HDR получат Rise of the Tomb Raide, Tom Clancy's The Division, The Talos Principle, Paragon, вторая часть Shadow Warrior и другие игры.

NVIDIA Pascal

Современный гейминг меняется, у игроков проявляются новые интересы и желание взглянуть на любимую игру под новым углом. Иногда обычный скриншот превращается в нечто большее, чем простой кадр из игры. А с NVIDIA Ansel каждый скриншот может стать необычным. Это новая технология для захвата изображений с набором специальных возможностей. Ansel позволяет накладывать фильтры, улучшать изображение, использовать свободную камеру и создавать панорамы. Для полной функциональности нужна поддержка со стороны приложения. Для этого в Ansel предусмотрена простая интеграция. К примеру, для интеграции Ansel в The Witcher 3 разработчики добавили лишь 150 строчек кода, а для логической игры Witness понадобилось 40 строчек кода.

Ansel переводит игру в режим паузы и далее позволяет выполнять разные операции. Например, можно менять камеру и выбирать любой ракурс. Какие-то ограничения возможны только в случае, если разработчики намеренно ограничат движение свободной камеры.

NVIDIA Pascal

Можно повышать разрешение конечного изображения и увеличивать уровень LOD, чтобы добиться максимальной четкости всех деталей. Повышение разрешение сочетается с дополнительным сглаживанием для лучшего эффекта.

NVIDIA Pascal

Более того, Ansel позволяет создавать гигантские изображения вплоть до 4,5 гигапикселей. Такие изображения сшиваются из отдельных фрагментов, что выполняется на аппаратном уровне. Также на итоговое изображение можно наложить различные пост-эффекты. Изображение можно сохранить а формате RAW или в EXR с 16-битным кодированием цвета. Это даст широкие возможности для последующей работы с ним.

Можно создавать стереопанормы и 360-градусные снимки, которые потом можно рассматривать в очках виртуальной реальности.

NVIDIA Pascal

Есть огромное множество эффектов, которые можно применять к захватываемому изображению — зернистость, Bloom, сепия, линзовые эффекты и много другого, вплоть до создания картинки с эффектом рыбьего глаза. Широкие возможности Ansel поражают. Игрок получает такие возможности, которых ранее просто не было.

NVIDIA Pascal

После изучения архитектурных особенностей и новых технологий нужно взглянуть на саму видеокарту GeForce GTX 1080. Референсная версия внешне напоминает предыдущие модели со слегка обновленным дизайном и более резкими очертаниями.

NVIDIA Pascal

Обратная стороны защищена двумя пластинами, что напоминает «бронирование» GeForce GTX 980.

NVIDIA Pascal

Общая конструкция охлаждения осталась без изменений. Кулер работает по принципу турбины. Есть крупное основание, ребристый радиатор для охлаждения GPU и дополнительный радиатор в районе узла питания для лучшего охлаждения силовых элементов.

NVIDIA Pascal

Все остальные нюансы мы рассмотрим в отдельной статье, где заодно проведем и сравнительное тестирование. Если говорить о предварительных оценках самого производителя, то NVIDIA сравнивает новинку с GeForce GTX 980 и говорит о преимуществе около 70% в простых играх и разрыве более чем в 2,5 раза в VR-режиме. Разница с GeForce GTX 980 Ti будет поменьше, но о каких-то конкретных значениям можно будет говорить после практических тестов.

Выводы

Настало время подвести итоги нашего теоретического знакомства с GeForce GTX 1080. Эта видеокарта на данный момент является самым продвинутым в технологическом плане продуктом среди графических ускорителей. В GeForce GTX 1080 впервые используется 16-нм процессор архитектуры Pascal и новая память GDDR5X. Сама архитектура является развитием Maxwell с оптимизациями и новыми функциями для DirectX 12. Архитектурные улучшения в значительной мере усиливаются за счет существенного роста частот GPU и памяти. Очень значительный прогресс в сфере VR-рендеринга благодаря новым технологиям, ускоряющим работу в этом режиме. Прогрессивным нововведением является поддержка HDR-дисплеев и соответствующего контента. Благодаря новому блоку обработки видео еще больше возможностей по воспроизведению и записи видео высокого разрешения, включая работу с форматом HDR. Любители сверхдинамичных мультиплеерных игр оценят технологию Fast Sync. Ценителей виртуальных красот порадуют возможности Ansel. Покупая GeForce GTX 1080, вы в итоге получите не просто самый быстрый на данный момент видеоускоритель, но и самый функциональный.

Официально данная модель станет доступна покупателям после 27 мая. Первыми в продажу поступят версии референсного дизайна Founders Edition. Они будут иметь более высокий ценник. Чуть позже выйдут нестандартные варианты, стоимость которых на $100 ниже. Ну а мы к моменту появления GeForce GTX 1080 на отечественном рынке постараемся в рамках большого тестирования в полной мере раскрыть их потенциал в сравнении с существующими топовыми видеокартами.

Некоторые вещи в этом мире созданы для разгона!