NVIDIA dejará las tarjetas gráficas para jugar y no es broma

Actualmente las tarjetas gráficas se dividen en dos tipos, las que están diseñadas para gaming y las que se utilizan para otras aplicaciones de mayor valor. Es decir, para simulaciones científicas y militares, entre muchas otras cosas. Sin embargo, hay una unidad que nos acompaña desde la primera tarjeta 3D exitosa,la unidad ráster, que podría desaparecery con ello la organización o arquitectura de las futuras GPU. ¿Las consecuencias?El fin de la separación entre modelos únicamente para gaming y los utilizados en otros ámbitos.

Los juegos 3D en tiempo real hoy en día son el 99% de los juegos, pero en los ordenadores llegaron gracias a los populares Voodoo Graphics en su día y al hecho de tener un chip que se encargaba de una función común. Estamos hablando de la unidad raster, que se encuentra hoy en día en todos los chips gráficos, pero que desaparecerá con el tiempo. ¿Qué consecuencias tendrá esto para el hardware del futuro?

Las GPU están cambiando

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Las GPU son procesadores gráficos especializados, con cierta capacidad para funcionar con fines generales. Esto se debe a que hace tiempo que sus núcleos dejaron de estar destinados a tareas especializadas para utilizarse en tareas generales. De ahí que muchos de los grandes superordenadores del mundo los utilicen hoy en día para simulaciones científicas y militares a gran escala, así como para otras aplicaciones en auge, como la inteligencia artificial.

Sin embargo, todavía existen una serie de unidades que realizan tareas específicas, pero que son necesarias para poder generar los gráficos. Su trabajo no es sólo liberar de ellos los núcleos principales, sino trabajar en paralelo. Su mayor ventaja es que al tener una tarea fija o específica que hacer, requieren menos transistores para construir y, por tanto, son menos costosos y consumen menos que hacer que el núcleo principal se encargue de la tarea.

Sin embargo, puede suceder que una pieza de hardware especializada quede obsoleta, ya sea porque no sigue el ritmo de los avances de rendimiento de otros elementos o porque no funciona de manera ideal. Pues nos estamos encontrando con que en el chip principal de las tarjetas gráficas va apareciendo un tipo de unidad concreta y va desapareciendo otro tipo.

Adiós a la unidad raster

Si miras las especificaciones de cualquier tarjeta gráfica verás que cada vez tiene menos importancia la que habla de “triángulos por segundo”. Mucha gente piensa que es la cantidad de estos los que se ponen en pantalla y otros creerán que es la cantidad que se calcula. Ambas son falsas debido a que esto depende de la aplicación que estemos ejecutando. Además, es una tasa fija y, si nos fijamos, siempre es la velocidad del reloj para la cantidad de unidades ráster. Al menos hoy.

Estas unidades fueron avanzando en rendimiento, desde requerir varios ciclos de reloj para rasterizar un triángulo, a hacerlo a la velocidad actual, pero llevan diez años sin evolucionar. ¿Su trabajo? Proyecta el mundo 3D calculado en vértices sobre una superficie 2D formada por píxeles, la pantalla, a la que luego se le calculará el color. Por tanto, es una unidad imprescindible, ya que cuando hacemos una escena 3D, todos y cada uno de los triángulos acaban convirtiéndose en píxeles; sin embargo, dicha unidad pronto podría despedirse.

¿La razón? Tus limitaciones

El problema de las unidades raster es que no están diseñadas para trabajar con triángulos muy pequeños, es decir, aquellos que están rasterizados en unos pocos píxeles. Además, cuando un objeto está formado por sólo unos pocos píxeles, lo que hace el rasterizador es concluir que está demasiado lejos y marcarlo para eliminarlo. Eso sí, antes comprobar su distancia a la cámara con el buffer de profundidad para eliminarla de la escena y que no haya que calcularla. Esto también se hace con objetos detrás de uno más grande, lo que causa problemas cuando el objeto más frontal es transparente hasta cierto punto. Lo cual causa problemas, pero ese es otro asunto completamente diferente.

Eficiencia Rasterizador

¿El problema? Nos estamos moviendo hacia un mundo donde la geometría se utiliza en niveles extremos para detallar personajes, objetos y escenarios. Lo que significa tasas triangulares que las unidades ráster actuales no pueden soportar. Lo cual es un cuello de botella, pero el problema es que no pueden funcionar bien con triángulos pequeños. En el sentido de que si tenemos 100 triángulos de 50 píxeles, esto no se traduce en 200 de 25 píxeles. Por tanto, su eficiencia disminuye a medida que los polígonos con los que trabaja son más pequeños.

¿Cuál es la solución?

Tanto es así, que la gente de Epic Games ante la creación de Unreal Engine 5 ha tenido que crear unidades ráster utilizando sombreadores informáticos para ello. Es decir, los núcleos de GPU hacen mucho mejor el trabajo de una unidad de función especializada. Lo que pone en peligro su futuro. De momento no se ha descartado, sin embargo, ya lleva encima la espada de Damocles, así como la unidad de teselación o subdivisión de superficie.

Detalle Geometry Engine UE5 En una entrevista realizada en mayo de 2020 con Brian Karis, el programador gráfico afirmó que han desarrollado dos tipos de rasterizadores triangulares de software para Unreal Engine 5. Esto supone que el nuevo motor de Epic, que será utilizado por docenas de juegos en la industria, ya tiene la capacidad de prescindir de la unidad de trama. Es decir, sustituir uno de los núcleos de la GPU para sustituir cada una de estas unidades y ganar más rendimiento con ello.

La gran mayoría de los triángulos se rasterizan mediante software que utiliza sombreadores informáticos altamente especializados, que han sido diseñados para aprovechar aquello de lo que podemos beneficiarnos. Como resultado, hemos podido dejar atrás a los rasterizadores de hardware en esta tarea específica. La rasterización del software es un elemento importante de Nanite que nos permite hacer lo que hace. No podemos vencer a los rasterizadores de hardware en todos los casos, por lo que los usaremos cuando determinemos que es el camino más rápido.

Blanco y en botella, como se puede leer. Desaparecerán debido a que son transistores que NVIDIA, Intel y AMD pueden aprovechar para otras cosas que cobrarán más importancia en el futuro.

¿Por qué cambiará la organización de las tarjetas gráficas?

Si observas los diagramas de cualquier GPU verás que los núcleos están dispuestos en bloques alrededor de un rasterizador. Esto se debe a que envían tanto datos a estas unidades como también los reciben, dependiendo de de qué etapa del pipeline 3D estemos hablando. Entonces eliminarlo es una reorganización. Actualmente, el tamaño ideal para una eficiencia del 100% de las unidades ráster es de 48 píxeles para NVIDIA y 64 para AMD. Esto también limita la cantidad de núcleos en los modelos diseñados para juegos. Lo cual, en el caso de la marca en verde, se puede comprobar comparando sus chips para informática y juegos de alto rendimiento.

H100 AD102 GPC comparados

Como se puede observar, el H100 GPC no dispone de Raster Engine, lo que le permite no tener una organización tan fija y, por tanto, limitada. Este cambio permitirá a NVIDIA, y también a AMD, no tener que diseñar dos diseños diferentes para HPC y Gaming, sino que podrán tirar de un modelo base universal en cuanto a diseño. Desde el cual puedes iterar. Hoy en día, independientemente de si hablamos de un procesador central o de un procesador gráfico, nos encontramos con que la intercomunicación es entre 2/3 y 3/4 del total del chip y el hecho de tener que trabajar en dos chips diferentes resulta desalentador.

No olvidemos que cada nuevo nodo son más transistores, es decir, más piezas y más ingenieros para contratar. Se llegará al punto en que las mismas tarjetas gráficas que se ofrecen para trabajos científicos serán las de gama alta para gaming, debido a que no será rentable fabricar dos modelos diferentes y la eliminación de la unidad raster será clave. en todo este proceso de desarrollo. unificación.