مایکروسافت از بزرگ‌ترین به‌روزرسانی DirectX Raytracing رونمایی کرد

مایکروسافت نسخه جدید کیت توسعه DirectX 12 Agility SDK را با بهبودهای چشمگیر در عملکرد رهگیری پرتو منتشر کرد.

مایکروسافت نسخه جدید بسته‌های توسعه گرافیکی خود را تحت عنوان DirectX 12 Agility SDK نسخه ۱.۶۲۰ نهایی و نسخه ۱.۷۲۲ آزمایشی در دسترس توسعه‌دهندگان قرار داد. این به‌روزرسانی بزرگ، تحول چشمگیری در راندمان اجرای Ray Tracing، بهره‌وری پردازنده‌های گرافیکی و قابلیت‌های معماری شیدرها به‌همراه دارد. به گفته مهندسان مایکروسافت، ارتقای اخیر رابط برنامه‌نویسیDirectX Raytracingموسوم به DXR مهم‌ترین و عمیق‌ترین دستاورد فنی این شرکت از زمان رونمایی ابتدایی این فناوری در سال ۲۰۱۸ به حساب می‌آید.

در مرکز نوآوری‌های نسخه آزمایشی ۱.۷۲۲، سه فناوری محوری شامل Clustered Geometry، ساختارهای شتاب‌دهنده تفکیک‌شده موسوم به Partitioned Top-Level Acceleration Structures یا PTLAS و فرآیند ساخت ساختارهای شتاب‌دهنده با تکیه بر خود کارت گرافیک قرار گرفته است. هدف بنیادین از توسعه این سه فناوری، رفع یکی از بزرگ‌ترین موانع گرافیک نسل جدید، یعنی بار پردازشی سنگین ناشی از محاسبات رهگیری پرتو یا Ray Tracing در دنیاهای بزرگ، شلوغ و پویا است.

رفع موانع سنگین پردازش پرتوها

برای درک بهتر اهمیت این تحول درDirextXباید به نحوه کارکرد مرسوم فناوری ردگیری پرتو توجه کرد. در این روش استاندارد، کارت‌های گرافیک برای شبیه‌سازی مسیر نور نیازمند ساخت و بازسازی مداوم ساختارهای شتاب‌دهنده‌ای هستند که با عنوان Bounding Volume Hierarchies یا BVH شناخته می‌شوند. این سازه‌ها موقعیت هندسی دقیق اشیا، سطوح و موانع موجود در هر صحنه را نشان می‌دهند. در بازی‌های مدرن که اشیا پیوسته تغییر شکل می‌دهند، انیمیشن‌های سنگین دارند یا به شکل بلادرنگ لود می‌شوند، محاسبه مداوم این ساختارها منابع بسیار زیادی از رم ویدئویی و توان پردازشی تراشه گرافیکی را می‌بلعد و نرخ فریم بازی را به شدت دچار افت می‌کند.

راهکار ابداعی مایکروسافت تحت عنوان Clustered Geometry با تغییر این فرآیند کار می‌کند. سیستم در این روش جدید، حجم‌های هندسی صحنه را به دسته‌های کوچک‌تر و خوشه‌بندی‌شده متشکل از حداکثر ۲۵۶ راس و مثلث تفکیک می‌نماید. این خوشه‌های کوچک بدون نیاز به محاسبه صفر تا صد مجدد در هر فریم، می‌توانند در ساختارهای بزرگ‌تر گردآوری و تجمیع شوند. این قابلیت به بازی‌سازان اجازه می‌دهد بدون تحمیل فشارهای سرسام‌آور به پردازنده گرافیکی، از مدل‌های سه‌بعدی بی‌نهایت پرجزئیات هم‌زمان در بخش رندر سنتی یعنی Rasterization و هم در بخش رهگیری پرتوها بهره ببرند و دقت بازتاب‌ها و سایه‌زنی‌ها را به اوج برسانند.

بهینه‌سازی پردازش بخش‌های متحرک صحنه

در سوی دیگر، فناوری PTLAS به موتور بازی این امکان را می‌دهد که به جای بازسازی تمام و کمال ساختار شتاب‌دهنده کلی صحنه در هر فریم، فقط بخش‌هایی را که دستخوش حرکت یا دگرگونی شده‌اند دوباره محاسبه کند. با ترکیب این مزیت با فرآیند پردازش ساختارها روی خود تراشه گرافیکی به جای محول کردن آن به پردازنده اصلی سیستم، لگ‌ها و ناپایداری‌های فریم در دنیاهای جهان‌باز به حداقل می‌رسد.

مایکروسافت برای به تصویر کشیدن تاثیر شگفت‌انگیز این بهینه‌سازی، نتایج یک بررسی آزمایشگاهی را روی کارت گرافیک AMD Radeon RX 9070 منتشر کرد. در این آزمون مقایسه‌ای میان روش سنتی BLAS و متد نوین Clustered Geometry، نرخ فریم خیره‌کننده‌ای ثبت شد. فریم‌ریت بازی در سناریوی مشابه از رقم غیرقابل بازی ۱.۲ فریم بر ثانیه به ۷۹ فریم بر ثانیه ارتقا یافت که معادل جهشی نزدیک به ۶۶ برابر در عملکرد گرافیکی است.

هم‌زمان با این جهش، زمان پردازش ساختار شتاب‌دهنده در کارت گرافیک از ۷۸۸ میلی‌ثانیه به ۳.۱۱ میلی‌ثانیه کاهش پیدا کرد که سرعتی حدود ۲۵۴ برابر بیشتر را نشان می‌دهد. علاوه‌بر این، مصرف رم کلی ساختارهای شتاب‌دهنده از ۷.۳ گیگابایت به ۷۷۴ مگابایت رسید که نمایانگر کاهش تقریبی ۹۰ درصدی حافظه مورد نیاز است. البته مایکروسافت یادآور شد که استفاده از این روش نیازمند حافظه موقت اولیه بیشتری خواهد بود و بازدهی واقعی در بازی‌های مختلف، کاملا به نوع معماری و بهینه‌سازی سازندگان وابسته است.

پشتیبانی کارت‌های مدرن از این فناوری

مایکروسافت فناوری جدید خود را با پیاده‌سازی RTX Mega Geometry در بازی Gears of War: E-Day مقایسه کرده و افزوده است که استانداردسازی این فناوری درچارچوب DirectXدسترسی یکسان و همگانی تمامی تولیدکنندگان سخت‌افزار را تضمین می‌کند. درحال‌حاضر تمامی کارت‌های سری GeForce RTX از شرکت Nvidia، سری Radeon RX 9000 از شرکت AMD و سری Arc B به همراه گرافیک‌های مجتمع Core Ultra اینتل از این ویژگی‌ها پشتیبانی می‌کنند. این قابلیت‌ها نیازمند سخت‌افزار کاملا نوین نیستند و با به‌روزرسانی درایور روی کارت‌های فعلی فعال خواهند شد.

هم‌زمان با این دستاوردها، در نسخه نهایی ۱.۶۲۰ بسته Agility SDK، ابزار Advanced Shader Delivery با تغییرات مهمی روبه‌رو شده است. شاخص‌ترین تغییر، قابلیت Partial Graphics Programs است که به سازندگان امکان می‌دهد تکه‌های شیدر کامپایل‌شده قبلی را مجددا در بخش‌های مختلف به‌کار بگیرند؛ موضوعی که حجم فایل‌های گرافیکی بازی و لگ‌های اولیه ناشی از بارگذاری شیدرها را به‌طور اساسی کاهش می‌دهد. طبق گزارشWccftechپشتیبانی از ابزارهای رفع خطای کرش کارت گرافیک، رابط‌های برنامه‌نویسی دستورهای ناهمگام و ابزارهای بهینه‌سازی بارهای پردازشی هوش مصنوعی نیز به ویندوز ۱۱ افزوده شده است. اگرچه این تغییرات عملکرد عناوین قدیمی بازار را به صورت خودکار زیر و رو نمی‌کنند، اما بستر فنی مدرنی را در اختیار استودیوهای بازی‌سازی قرار می‌دهند تا گرافیک عناوین آینده کامپیوترهای شخصی را به سطحی کاملا متفاوت ببرند.

نوشتهمایکروسافت از بزرگ‌ترین به‌روزرسانی DirectX Raytracing رونمایی کرداولین بار درTechnoc. پدیدار شد.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.