Premiera GeForce Fermi - test GTX 470 vs HD 5800

Coraz więcej osób zwraca uwagę na kulturę pracy komputera. Okazuje się, że GeForce GTX 470 jest konstukcją bardzo... niekulturalną. Karta pod obciążeniem zmienia się w typową "suszarką". Referencyjny model NVIDIA GeForce GTX 470 był głośny - nie da się tego ukryć, chyba, że wystawimy obudowę komputera na balkon i zamkniemy szczelnie drzwi.

Zmierzone temperatury, wykazują znacznie słabsze właściwości odprowadzania ciepła z układu GF100-275. Jeżeli w spoczynku jest jeszcze całkiem dobrze, to już w stresie nowemu GTX 470 niewiele brakuje do osiągnięcia temperatury spowolnienia. Mamy tylko nadzieję, że system chłodzenia mocniejszego GTX 480 nieco skuteczniej odprowadza gromadzone ciepło. Jeżeli tak się nie stanie, będziemy musieli przyzwyczaić się podczas gry do wchłaniania ogromnego hałasu.

Jeżeli wysoka temperatura nie zrobiła na nas większego wrażenia, zerknijmy na pobór mocy. Z jednej strony w trybie idle karta nie pobiera zbyt wiele, co stanowi zdecydowanie o mocnej stronie urządzenia. Wiadomo przecież, że Radeony HD5800 w spoczynku potrafią się bardzo efektywnie "usypiać". Gorzej natomiast jest w trybie maksymalnego obciążenia. Różnica pomiędzy bezpośrednim konkurentem, a więc HD 5850, jest tutaj ogromna. Należy jednak wziąć poprawkę na to, że sterowniki ATi bardzo często obchodzą zabezpiecznenia programu FurMark którego użyliśmy do poniższego testu poboru mocy.

Testy zaczynamy jak zwykle od syntetyków, ale jak najszybciej przejdziemy do znaczniej ciekawszych aplikacji.

Wersja sterowników ATI (10.3a) najwyraźniej działa cuda i karty Radeon uzyskują znakomite wyniki. Pierwszy test nie wypada korzystnie dla najnowszego dziecka NVIDII.

Z kolei Sandra 2010 nie pozostawia złudzeń co do tego, kto tu rządzi. W pierwszym teście Fermi po prostu masakruje oba Radeony, a w drugim jest zdecydowanie lepsze. Różnice są poważne, co dziwi po kiepskich wynikach w 3D Mark Vantage.

Wszystkie testy wykonaliśmy za pomocą 64-bitowych wersji aplikacji. Przy minimalnych szczegółach, wydajność wszystkich kart jest podobna, choć Radeon 5870 nieco góruje nad pozostałymi.

Gdy tylko zwiększymy szczegółowość teselacji akcje Radeonów idą ostro w dół. GTX 470 potrafi być prawie dwa razy szybszy.

W teście Subdivision sytuacja wygląda podobnie. Przy minimalnej ilości detali karty idą łeb w łeb. Jeśli je zwiększymy do maksimum, karty ATI/AMD radzą sobie bardzo skromnie.

Heaven Benchmark oparty na Unigine Engine doczekał się wersji 2.0. Zdążyliśmy przeprowadzić testy za pomocą nowej wersji tego benchmarka.

Gdy w grę wchodzi złożona teselacja, Fermi potrafi pokazać pazur. W tym układzie tkwi moc, ale czy ujawnia się ona w każdych warunkach?

Zmniejszenie rozdzielczości nie zmienia rozkładu sił. GTX 470 na czele, a za nim Radeony z wynikami gorszymi o ponad 10 klatek na sekundę.

Stone Giant to jedno ze świeższych dem pokazujących możliwości DX 11, w szczególności teselacji okraszonej mapowaniem przemieszczeń. Jak przyznają sami twórcy, w dostępnej wersji preview, funkcja Diffusion Depth of Field nie działa prawidłowo na kartach ATI. Analizując poniższe wyniki należy wziąć to pod uwagę. Tym niemniej nie oparliśmy się pokusie wykonania testów.

Celem poniższych testów w grach pisanych pod sprzętowego PhysX'a, było określenie proporcji wydajności nowego GTX 470 do nieco już wysłużonego GTX'a 285 .

Cryostasis nic sobie nie robi z najnowszych technologii NVIDII i z powodzeniem sprawia, że rozgrywka przy najwyższych detalach jest mocno utrudniona. Przewaga Fermi nad starszym bratem jest niemal niezauważalna.

Zmiana rozdzielczości uwidacznia nieco większą moc GTX'a 470. Przewaga ta wydaje się być jednak bardzo niewielka.

W przypadku tej produkcji nie ma żadnych wątpliwości. Fermi generuje prawie dwa razy więcej klatek na sekundę.

GTX 470 wystartował bardzo ostro. Nieważne czy z antyaliasingiem, czy też bez, w wysokiej rozdzielczości, czy też w nieco niższej - Far Cry 2 w DirectX 10 należy do niego. 

S.T.A.L.K.E.R. to jedna z niewielu gier w której możemy zobaczyć logo ATI zamiast NVIDII. Czy i z tej próby Fermi wyjdzie zwycięsko?

Przy najwyższej rozdzielczości i maksymalnym antyaliasingu GTX 470 plasuje się niemal dokładnie pomiędzy Radeonem 5850 i 5870.

Przy wyłączonym wygładzaniu krawędzi sytuacja zmienia się delikatnie na niekorzyść Fermi - w jednym z testów jego wyniki są gorsze od Radeona 5850.

 Zmiana rozdzielczości na niższą i... żadnych zmian. W najnowszym Stalkerze wszystkie testowane karty poradziły sobie równie dobrze. 

Najnowsza odsłona Aliens vs Predator to jedna z wciąż nielicznych gier wykorzystujących zalety Direct X11. Gra wykorzystuje efekt teselacji, jednak nie jest on szczególnie widoczny. Czy w takiej sytuacji Fermi znajdzie pole do popisu?

Tym razem GTX 470 musi uznać niewielką przewagę Radeona 5870. Tuż za jego plecami czai się Radeon 5850. Zmniejszenie wygładzania krawędzi do minimum powoduje, że Fermi spada na ostatnie miejsce w rankingu.

Testy zostały przeprowadzone na przedpremierowej wersji gry, dlatego też ich wyniki trudno uznać za ostateczne. Przy okazj sprawdziliśmy jak Fermi radzi sobie z nową wersją antyaliasingu (CSAA x32).

GTX 470 ponownie musi uznać wyższość Radeonów serii 5800. Na szarym końcu znalazł się GTX 285, który swoją pozycję zawdzięcza brakiem obsługi API DirectX 10.1.

Świeżutka produkcja, której autorzy zalecają wykorzystanie takich potworków jak najmocniejsze Fermi, czy Radeon HD 5970. Czy faktycznie gra wymaga dwuprocesorowego akceleratora? Do testów wybraliśmy fragment gry który naprawdę potrafi kartom graficznym dać mocno w kość.

Nie da się ukryć, wszystkie karty wypadają po prostu... słabo. GTX 470 dzierży palmę pierwszeństwa wraz Radeonem 5870, a przy zmianie wygładzania krawędzi na MSAA x4 - nawet ten pojedynek wygrywa. Jest to jednak mało znaczące zwycięstwo, albowiem karty lepiej sobie radzą z wygładzaniem AAA (analytical antialiasing), aniżeli z klasycznym MSAA.

Zmiana rozdzielczości niewiele pomaga. Płynność rozgrywki jest na prawdę żenująca i to na wszystkich kartach - tu naprawdę przyda się drugi procesor graficzny na pokładzie. Oczywiście w zanadrzu pozostaje nam zawsze zmniejszenie detali :- )

ATI wprowadziło Radeony obsługujące DirectX 11 we wrześniu 2009 r. NVIDIA, można rzec, milczała. Długo musieliśmy czekać na godnych przeciwników (karty Fermi), którzy mogliby nawiązać rywalizację z wydajnymi urządzeniami ATI. Nie mogliśmy przetestować wydajniejszej wersji, więc trudno stwierdzić czy na rynku pojawił się nowy Król Wydajności, który przywdzieje "graficzną koronę" na następnych kilka miesięcy. NVIDIA udostępniła nam model GTX 470. To godny rywal Radeona HD 5850, ale czy rzeczywiście lepszy?

Wszystko wskazuje na to, że konstrukcja NVIDII ma naprawdę spory potencjał. Tam gdzie w grę wchodzą duże ilości detali (teselacja + displacement mapping), bądź przy zastosowaniach GPGPU, układy Fermi mają z pewnością wiele do powiedzenia. Należy pamiętać, że testy zostały przeprowadzone na wczesnej wersji sterowników i w kwestii wydajności (także w grach) może się jeszcze wiele zmienić. Prawdopodobnie lada dzień rozpocznie się ostra walka na sterowniki pomiędzy ATI i NVIDIĄ i każda ze stron będzie chciała pokazać, że ich produkty są najlepsze.

Co jednak najważniejsze dla nas - odbiorców - wojna cenowa rozgorzeje na nowo. Obawiano się, że ceny nowych kart NVIDII będą kosmiczne. Okazało się, że owszem, do najniższych nie należą, ale nie powodują też palpitacji serca. GeForce GTX 480 ma kosztować u nas 1999 zł, a GeForce GTX 470 - 1499 zł. Czy to dużo, czy mało? W chwili pisania tego artykułu ceny konkurencyjnych rozwiązań ATI/AMD prezentowały się następująco:

• HD 5970 – 2200-2400 zł
• HD 5870 – 1300-1700 zł
• HD 5850 – 1100-1300 zł
• HD 5770 – 500-800 zł

Teraz pozostaje jedynie poczekać na ich spadek.

Premiera kart graficznych NVIDII opartych na układzie Fermi miała wyznaczyć nowe granice wydajności tego sprzętu. Niektóre z wyników uzyskanych przez GTX 470 mogą nieco rozczarowywać. Pamiętajmy jednak, że z jednej strony jest to słabsza wersja karty opartej na architekturze Fermi, a z drugiej, że w kwestii dopracowywania sterowników NVIDIA z pewnością nie powiedziała jeszcze ostatniego słowa. Koncern ATI/AMD na pewno nie śpi i zapewne niedługo zaprezentuje nam albo serię kart z podniesionymi zegarami, albo też przyspieszy premierę zapowiadanej od jakiegoś czasu serii HD 6xxxx.

Dużą optymalizację przeszedł także sam blok wykonawczy SM, w tym tzw. rdzenie CUDA. W stosunku do swojego poprzednika i wcześniejszych kart o zunifikowanych shaderach, każda pojedyncza jednostka obliczeniowa zawiera dwa osobne moduły odpowiedzialne za obliczenia stało- (integer arithmetic point) oraz zmiennoprzecinkowe (floating point unit).

Wcześniejsze układy NVIDII mogły pracować przy obliczeniach zmiennoprzecinkowych w standardzie IEEE 754-1985. W GF100 zaimplementowano nowy standard IEEE 754-2008, umożliwiający użycie instrukcji multiply-add (FMA – Fused Muliply-add) zarówno dla obliczeń o pojedynczej, jak i podwojonej precyzji. Instrukcje te pozwalają na jednoczesne wykonywanie operacji mnożenia i dodawania w jednym przejściu i w stosunku do MAD nie powodują obniżania precyzji wyniku.

Schemat blokowy pojedynczego klastra SM

Jednostka stałoprzecinkowa podczas mnożenia nie jest już ograniczona jedynie do precyzji 24-bitowej. Od nowa zaprojektowane ALU obsługuje teraz pełną 32-bitową precyzję dla wszystkich instrukcji, zgodną z niemal każdym użytym standardem programowania. Jednostka została także zoptymalizowana pod kątem efektywniejszego wykonywania kodu o rozszerzonej (64-bitowej) dokładności.

Każdy z bloków SM ma do swojej dyspozycji po 16 jednostek Load i Store (ładowania i przechowywania). Przechowują one poszczególne adresy komórek danych umieszczonych w pamięci podręcznej L2 i pamięci graficznej DRAM. Konfiguracja jednostek LD/ST pozwala na jednoczesną adresację do 16 wątków na cykl zegarowy.

W skład struktury bloku SM wchodzą również 4 jednostki dla funkcji specjalnych - SFU (Special Function Unit), takich jak chociażby sinus, cosinus, pierwiastek czy odwrotność. Każda z nich jest w stanie wykonać pojedynczą instrukcję na wątek lub na cykl zegarowy. Potoki SFU zostały także oddzielone od dispatch procesora, dzięki czemu - pomimo zajętości - pozwalają w dalszym ciągu na komunikację rozdzielania wątków przez specjalizowany „junit”.

Jednym z większych usprawnień w stosunku do GT200 jest wydajność nowego układu w obliczeniach o podwojonej precyzji. Do 16 operacji mnożenia-dodawania, jakich jest w stanie wykonać jeden SM w GF100 (w jednym cyklu zegarowym), to ogromny skok jakościowy.

Rozkładem samych wątków zajmuje się specjalizowany, podwojony scheduler, w którego skład wchodzą po dwie jednostki warp oraz dispatch instruction. Podwojenie jednostek ma na celu efektywniejsze grupowanie i rozdzielanie wątków równolegle w grupach po 32. Grupy takie nazywane są warpami. Dwie niezależne jednostki pozwalają zatem na wykonywanie dwóch konkurencyjnych warpów w jednym czasie. Jedna instrukcja pochodząca z każdego wykonywanego w danym czasie warpa pozwala na przesłanie tejże instrukcji do każdego z 16 rdzeni CUDA, 16 LD/ST i 4 jednostek specjalnych SFU.

Powyższy podwojony scheduler Fermi, dzięki dwóm niezależnym i pracującym konkurencyjnie jednostkom, nie wymaga także sprawdzania zależności przesyłanego w jednym czasie strumienia instrukcji (dotyczy zarówno inst. stało- i zmiennoprzecinkowych, jak i wymieszanych z inst. zapisz, przechowaj, oraz funkcji specjalnych). Dzięki temu poszczególne wątki, bądź ich grupy, są znacznie efektywniej rozdzielane pomiędzy poszczególne jednostki wykonawcze.

Zmniejszenie „korków” na liniach komunikacyjnych wewnątrz układu to zasługa optymalizacji zarówno dwupoziomowej pamięci podręcznej, jak i tej dedykowanej. Zwiększenie programowalności i wydajności tej struktury ma się przekładać na poprawioną efektywność GF100 w obliczeniach równoległych wykorzystujących aplikacje CUDA i model fizyki PhysX. W odróżnieniu od G80, G92, czy GT200, każdy blok SM dysponuje własną pamięcią podręczną o pojemności już nie 16KB, a 64KB (w zmiennej konfiguracji 48 + 16, albo 16 + 48 dla pamięci współdzielonej bądź L1).

Cały podsystem pamięci nosi nazwę Parallel DataCache i dotyczy zarówno pamięci podręcznej, globalnej, jak i współdzielonej. Zastosowanie aż tylu poziomów pamięci (w dodatku łatwo konfigurowalnej) podręcznej będzie mieć jednak swoje uzasadnienie.

Niektóre mapy algorytmów wymagają - dla optymalnej prędkości przetwarzania całego wątku - umieszczenia ich raz w pamięci współdzielonej (shared memory cache), a innym razem w L1, bądź podzielnie w obu naraz. Lepsza konfigurowalność tego poziomu cache pozwala też na bardziej efektywne korzystanie z możliwości jego partycjonowania (48 + 16, bądź 16 + 48 KB).

Docelowa wydajność podsystemu pamięci współdzielonej w stosunku do układu GT200

W odróżnieniu od poziomu pierwszego L1, w pojemniejszej pamięci L2 (768KB) oprócz ścieżek do żądań dla LD/ST podtrzymywane są także adresy położenia tekstur w przestrzeni DRAM. Architektura Fermi, w odróżnieniu od GT200 (tylko odczyt), pozwala także na operacje zapisu do cache L2.

Ogólna wyższość przepływności pamięci podręcznych układu Fermi nad GT200 w PhysX

Funkcją znacznie przyspieszającą działania wątkowe oraz usprawniającą wymianę danych w pamięci cache są tzw. operacje atomowe (Fast Atomic Memory Operations). Dzięki nim konkurencyjne wątki nie mają możliwości wzajemnego blokowania już od momentu ich odczytu. Operacje atomowe są dziś szeroko stosowane w sortowaniu, redukcji oraz budowaniu (tworzeniu) struktur danych – modyfikacje na równoległych wątkach.

Zastosowany w układzie sześciokanałowy kontroler pamięci GDDR5, oprócz własnej korekcji EDC, ma także obsługę modułów ECC (Error Correction Code), a więc z dodatkowym bitem przeznaczonym dla korekcji błędów. Wykorzystanie takich pamięci może być przydatne np. w klastrach obliczeniowych (Compute Mode), gdzie konieczność uzyskania jak najwyższej precyzji jest jednym z nadrzędnych priorytetów.

Kolejną bardzo istotną innowacją w stosunku do GT200 jest przebudowa dystrybutora (redystrybutora) wątków GigaThread. Wykorzystany tu dwupoziomowy scheduler został usprawniony przede wszystkim pod kątem podniesienia przepustowości, prędkości przełączania (fast context switching), jednoczesnej pracy na kilku aplikacjach (concurent kernel execution), oraz poprawienia dystrybucji całych bloków wątków przekazywanych dalej do procesorów SM i specjalizowanych „rozdzielaczy” warp.

Redukcja czasu przełączania pomiędzy zasobami znajdującymi się w potoku do 25 micro sekund przekłada się według producenta na 10-krotne przyspieszenie w stosunku do dystrybutora GigaThread poprzedniej generacji. W praktycznym użytku ma to przynieść skrócenie czasu przełączenia z jednego typu pracy na inny (np. z renderowania grafiki na obliczenia PhysX).

Nowa architektura instrukcji PXE drugiej generacji (Parallel Thread eXecution) to niskopoziomowa maszyna wirtualna umożliwiająca efektywniejszą pracę układu w charakterze procesora wątkowego. Instrukcje PTX są tłumaczone przez sterownik na rozkazy zrozumiałe przez warstwę sprzętową. Celem zastosowania PTX-a jest przede wszystkim opracowanie wieloplatformowego translatora, uzyskanie jak największej wydajności GPU w obliczeniach równoległych (aplikacje uprzednio skompilowane), obsługę kompilatorów C, C++, Fortran czy też poprawę skalowalności użycia GPU w powyższych obliczeniach na bazie od kilku do jak największej ilości rdzeni połączonych równolegle.

PTX w wersji 2.0 wprowadza wiele nowych rozwiązań, które mają za zadanie znacznie usprawnić programowalność układu, jego dokładność oraz wydajność. Dotyczy to m.in. 32-bitowej precyzji zgodnej z normami IEEE, zunifikowanej przestrzeni adresowej dla wskaźników i zmiennych, 64-bitowego adresowania, czy też nowych instrukcji dla API OpenGL i DirectCompute.

Najważniejszą zmianą w stosunku do układów poprzedniej generacji, dzięki 40-bitowej zunifikowanej przestrzeni adresowej, jest jednak wspomniana obsługa interpretatora języka C++. Usprawnione sprzętowe przewidywanie skoków umożliwia teraz także, dla rozbieżnych wątków, efektywniejsze wykonywanie krótkich segmentów kodu bez wykonywania w tym czasie zbędnych rozgałęzień (no branching operations).

Kolejną jednostką, która od czasu GT200 przeszła znaczący „facelifting”, jest Render Out Pixel, w skrócie znany jako ROP. Jak już wspominaliśmy w strukturze układu GF100 znajduje się 6 osobnych partycji modułów renderujących, zawierających po 8 jednostek przetwarzania. Łączna ich liczba, w zależności od konfiguracji danego układu, może więc wynosić od 48 do 40 jednostek. Dzięki dużej liczebności oraz zwiększeniu ich bazowej przepustowości, każda z nich jest w stanie przepuścić stałoprzecinkowy, 32-bitowy piksel na cykl zegarowy, zmiennoprzecinkowy FP16 na dwa cykle lub FP32 raz na cztery cykle. Duży wpływ na wydajność tej jednostki ma także optymalizacja operacji atomowych, powodująca zauważalne przyspieszenie wykonywania instrukcji – w stosunku do GT200 aż 20-krotnie (dla operacji pod tym samym adresem) i 7,5-krotnie (dla operacji w dalszych regionach struktury pamięci układu GF100).

Usprawnienia w jednostkach ROP spowodowały podniesienie potencjału wygładzania krawędzi. Karta jest w tym elemencie renderingu od 1,5 do 2,5 razy szybsza od GT200 w trybach MSAA x4 oraz x8. Ponad 40 jednostek renderujących można będzie także wykorzystać dla nowego trybu 32x Coverage Sampling Antialiasing (w skrócie CSAA), oferującym przy niewiele większym obciążeniu od MSAA x8 znacznie lepsze efekty jakościowe wygładzanych krawędzi w środowisku DX10 i DX11.

Rozbudowana technika alpha-to-coverage, wykorzystująca aż 32 próbki, będzie szczególnie przydatna do wygładzania krawędzi scen na których znajduje się np. mnóstwo liści, a z którymi nie radziły sobie do końca tradycyjne metody MSAA.

Co więcej, w środowisku DX9, które ze względu na ograniczenia samego API nie jest w stanie podczas antyaliasingu optymalnie wykorzystać przezroczystości, tryb CSAA 32x będzie również możliwy do zastosowania. Wszystko za sprawą przekonwertowania kodu shadera z Transparency Multisampling (TMAA) na użycie dodatkowych 24 próbek alpha-to-coverage zgodnych z CSAA.

Znana z poprzednich układów technika wyświetlania trójwymiarowego (Stereoscopic 3D), wraz z pojawieniem się architektury Fermi doczekała się wreszcie rozszerzenia swojej funkcjonalności – nazywanego od teraz 3D Vision. Połączenie bezprzewodowych okularów, zaawansowanego oprogramowania oraz pojedynczego monitora stanowi tu podstawową osnowę dla uzyskania obrazu stereoskopowego.

Wraz ze sterownikami serii 256 światło dzienne ujrzy także w praktyce, w odpowiedzi na AMD Eyefinity, 3D Vision Surround. W przypadku NVIDII do wyświetlenia obrazu na trzech niezależnych monitorach w trybie stereoskopowym będziemy potrzebować dwóch układów GF100 połączonych w SLi. Konkurencyjne rozwiązanie Eyefinity okazuje się po tym względem znacznie bardziej elastyczne. Open 3D Vision potrafi wykorzystać do 6 monitorów (i to przy użyciu pojedynczej karty), oraz dowolny model okularów 3D (zarówno pasywnych  jak i aktywnych). Bezpośrednie starcie w multimonitorowym środowisku stereo nabierze więc na sile gdy tylko obie firmy dopracują swoje sterowniki.

Poprzednia generacja tejże techniki wymagała od karty przetworzenia 245 milionów pixeli/s. GF100 w trybie Surround musi już podołać wyświetleniu w jednym czasie 746 milionów pixeli/s. Biorąc pod uwagę tytuły pisane pod DirectX11, obciążenie to może być dodatkowo zwiększone za sprawą teselacji, geometrii oraz obliczeń realistycznej fizyki w jednym czasie.

3D Vision Surround będzie możliwe do wykorzystania jedynie w przypadku spięcia ze sobą przynajmniej dwóch akceleratorów opartych na układach GF100 lub GT 200. Kolejne ograniczenie może też stanowić maksymalna rozdzielczość, jaką będzie można tu wykorzystać dla każdego z 3 monitorów LCD bądź zamiennie - projektorów. Obraz stereoskopowy będzie obsługiwany do rozdzielczości 1080p, a więc 1920 na 1080 punktów, choć nawet i przy odświeżaniu 120 Hz.

Technika Surround natomiast, bez wykorzystania obrazu stereoskopowego, umożliwia już pracę przy rozdzielczościach wyświetlaczy 2560x1600.

Oprogramowanie dla NVIDIA 3D Surround ma pozwalać także na kompensację różnicy w przesunięciach obrazu związanych z występowaniem ramek wokół każdego monitora (tzw. bezel gaps).

Po Terascale2 znanego z Radonów serii HD 5000, Fermi jest kolejną architekturą skierowaną na rynek konsumencki, która oferuje wystarczającą wydajność do poradzenia sobie z Ray-Tracingiem w czasie rzeczywistym. Na czym polega technika ray-tracingu? Jest to inaczej śledzenie biegu promienia światła przebiegającego przez wyrenderowaną uprzednio scenę przestrzenną. Umożliwia generowanie realistycznych efektów, niejednokrotnie bardzo bliskich fotorealizmowi.

Jako że promienie światła rozchodzą się w mało przewidzianych kierunkach, od GPU wymaga to ogromnego nakładu pracy. W szczególności szybkiego tzw. swobodnego dostępu (random access) do zunifikowanej pamięci. Tradycyjna metoda renderingu natomiast - liniowego (linear block access).

Już w założeniu układ GF100 został zbudowany jako rdzeń potrafiący poradzić sobie z zaawansowanymi algorytmami ray-tracingu. Obecnie jest on także pierwszym układem, który ma możliwość sprzętowej rekursji (a więc powrotów i odwołań do tych samych algorytmów), przy jednoczesnym wykonywaniu innych obliczeń wykonywanych na grafice.

Dużą rolę w efektywności działania GPU, przy tak dużym obciążeniu, odgrywają również pamięci podręczne L1 oraz L2, w szczególności szybkość dostępu do bardzo małych porcji danych. Cache L1 alokuje i podtrzymuje dane w obszarze pamięci dla sąsiadujących promieni, podczas gdy L2 zwiększa przepustowość bufora ramki (framebuffer bandwidth amplifies).

Nowy układ, oprócz standardowych metod ray-tracingu, obsługuje także technologię NVIDIA Optix, czyli ray-tracing z użyciem algorytmów 'advanced global illumination' - takich jak 'path tracing' (śledzenie ścieżek promieni). Do zebrania informacji o statusie oświetlenia 'ambient lightning' w danym momencie na scenie wymaga to użycia znacznie większej liczby zmiennych pobieranych już dla całego zespołu promieni.

Path tracing według producenta powinien okazać się około czterokrotnie szybszy w stosunku do tej samej techniki zastosowanej na GT200.

Dzięki wysokiej wydajności w obliczeniach GPGPU (Computation), nowy układ powinien znacznie lepiej poradzić sobie z zaawansowaną fizyką. Możliwość wykonania znacznie bardziej skomplikowanych algorytmów pozwala na zaprzężenie układu za pośrednictwem PhysX-a bądź OpenCL do bardziej realistycznej symulacji zachowania płynów, w tym stworzenie interaktywnego środowiska o wysokiej hydrodynamice – smoothed particle hydrodynamics (SPH).

Problematykę nowego API DirectX11 zdążyliśmy już pobieżnie omówić przy okazji premiery Radeonów HD 5800.

Póki co nie będziemy więc do tego wracać. Obydwie rodziny kart, zarówno ATI Radeon HD5000 jak i GeForce GTX 400, są zdolne do wykonywania kodu SM5.0, a więc powinny obsłużyć te same funkcje i efekty jakich programiści mogą użyć w grach pisanych pod DX11. Jedyną różnicą na jaką natrafimy może być co najwyżej wydajność obydwu konkurencyjnych silników, a największym wyzwaniem przed jakim obecnie stoją będzie oczywiście teselacja.

W starszych tytułach stosowanie teselacji, jeżeli nawet było możliwe, okazywało się niezbyt dobrym pomysłem. Związane to było z jednej strony z ograniczeniami samego API DirectX, a z drugiej słabymi możliwościami przetwarzania geometrycznego przez obecne wtedy na rynku układy graficzne.

Karty zgodne z DX11 mają już specjalizowane i jednocześnie wystarczająco wydajne jednostki geometryczne (w układzie zunifikowanym) oraz własne teselatory wspomagające proces podziału siatki na coraz to mniejsze wielokąty. Oczywiście sam proces teselacji nie będzie miał znaczącego wpływu na detaliczność generowanego obrazu jeżeli nie nałożymy na taką siatkę tzw. mapy przemieszczeń (displacement mapping). Teselacja ma za zadanie zaokrąglić wszelkie kanciaste powierzchnie (najczęściej brył przestrzennych), a nałożona nań mapa przemieszczeń - w postaci specjalnej tekstury - ma ukazać jak największą ilość szczegółów.

Model złożony z połączonych wierzchołków (z lewej), poddany  procesowi teselacji (w środku) oraz po nałożeniu mapy przemieszczeń (po prawej)

W GF100, dzięki opisanym wcześniej usprawnieniom w architekturze, zużycie zasobów GPU podczas tego procesu jest według producenta znacząco mniejsze aniżeli na konkurencyjnym Radeonie HD 5800. Dotyczy to przede wszystkim zużycia podsystemu pamięci, którego przepustowość jest istotna z punktu widzenia renderowania samej sceny oraz wykonywania jednoczesnych obliczeń na niezależnych wątkach. Co istotne, z perspektywy użytkownika oraz samych programistów, patrząc na rezultaty jakie przynoszą teselacja oraz displacement mapping, są obecnie i tak najmniej obciążającą formą modelowania brył i obiektów, i zdecydowanie warta wykorzystywania w nadchodzących grach.

Podawane według NVIDII wyniki testów wydajności procesu teselacji są bardzo niekorzystne dla konkurencyjnego Radeona. Uwidacznia się to szczególnie przy wyższych trybach i przy większym podziale wielokątów. Na podstawie własnych testów w demie Unigine Heven sprawdzimy oczywiście ile zapewnienia producenta będą mieć wspólnego z rzeczywistością.