十年磨剑,Nvidia第一款光线关注GPU登场,瞄准VR趋势,要让即时成像更真实

全球最大的计算机图学和交互技术大会SIGGRAPH 2018年度大会今年三度在温哥华举行,GPU技术龙头Nvidia首席执行官黄仁勋,在SIGGRAPH第二天也举办了一场新产品和技术发布会,正式发布了Nvidia第8代新GPU架构Turing(图灵),也推出了采用此架构的第一款具备光线关注运算力的GPU显卡Quadro RTX和服务器Quadro RTX Server。

黄仁勋强调,RTX GPU是世界第一款光线关注GPU(Ray Tracing GPU),采用了Nvidia最新第8代的GPU架构Turing架构(图灵)。

光线关注是源自1979年计算机科学家Turner Whitted一篇论文,他提出了光线关注的计算机图形计算新算法架构,改从关注光线在不同表面上的反应,来仿真真实世界的光影变化。通过关注光线碰到物体表面时产生的反射、折射和阴影效果,再加上光线继续遇上其他物体于场景中所有光线交互的情况等。当年他已经可以做出每秒64个像素的光线关注几何图形视频。

但就算到了去年,要做到即时光线关注的计算,仍旧是一大难题,只能通过大量运算事前产生,尤其在VR虚拟世界,这是一直无法实现的技术门槛,无法即时创造出如真实世界般的立体图片体验。

黄仁勋指出,皮克斯打开了计算机动画时代,也反映出创意行业爆发式的成长,但CPU的进展如摩尔定律所描述,越来越缓慢,唯有GPU性能的进展,也同样是爆发性的指数成长。

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摄影/王宏仁

RTX GPU采用了Nvidia第8代新GPU架构Turing,除了SM多核心处理器外,也内置张量核心Tensor Core,还添加加了光线关注核心RT Core负责光线关注计算。

为了实现即时真实图片的能力,计算机从图形仿真开始,在Nvidia推出GPU之后,开始可以计算材质、进行仿真,后来可以进一步进行角色仿真( Character Animation),甚至结合AI后可以进行脸部表情仿真(Facial Animation)。但是,即时光线关注的计算一直是个难题,迟迟无法实现,黄仁勋指出,光线关注可说是计算机图形计算的圣杯。

直到在今年3月,Nvidia先在GTC大会上发布了光线关注框架RTX,来加快即时光线关注的计算。可以利用现有GPU的运算力,来执行RTX框架需要的计算,从而实现了即时光线关注的计算。

为了展现即时光线关注的效果,Nvidia今年3月还展示了一段《星际大战》光线关注特效示范短片Reflections,来呈现即时光线关注的光影渲染效果。

从短片中,反映在两位卫兵金属盔甲上的光影渲染效果,利用即时光线关注计算产生的阴影和反射、折射效果,显得格外真实。 3月当时,为了制作这个短片,Nvidia利用了配备4个人工智能专用的Volta GPU以及价值7万美元的人工智能工作站DGX Station才得以实现。

不过,这个软件上的即时光线关注成果,不到半年,Nvidia就随即实践在新的GPU产品上,而且再度被超越了,现在只需用单张新推出的光线关注GPU卡Quadro RTX 8000就能做到。

Nvidia花了10年,上万名工程师,累积一层层技术才打造出这款光线关注GPU。他甚至用了新的单位每秒关注光线数,来描述RTX GPU的新能力,黄仁勋说,RTX最大可关注到每秒10 Giga道光线(100亿道),整体计算能力可以达到16 TFLOPS,每秒500万亿次张量计算,GPU也采用了NVLink传输技术,每秒可传输100Gb数据。

RTX GPU所采用的第八代GPU架构Turing,除了SM多核心处理器外,也内置张量核心Tensor Core,另外还添加加了光线关注核心RT Core负责光线关注计算,最大可提供125 TFLOPS的半精度浮点数计算。 RTX GPU可以提供8K即时影音编码,传输接口上也支持USB Type-C以及Nvidia最新提出的VR接口标准VirtualLink。

摄影/王宏仁

Nvidia在SIGGRAPH发布会上也展示了同一张图,通过不同图形运算技术处理过的效果,从左上角的传统图形处理,最右下角最后一张,就是运用RTX GPU,来实现即时光线关注和AI降噪处理的成果,甚至还运用了大量内存来实现全局照明。

Nvidia资深副总裁Tony Tamasi指出,Nvidia早在10年前开始研究光线关注技术,5年前开始展开架构设计,但要拿捏光线关注计算和AI计算能力的搭配,也就是RT Core和Tensor Core的搭配,因为RTX GPU完全是为了VR而打造的GPU。而RTX服务器锁定的目标是内容行业和数字创意社群,甚至可以支持多人共享。不像DGX人工智能服务器,主要锁定AI科学家训练AI模型之用。

Tony Tamasi一席话,点出Nvidia两大企业级GPU产品线和服务器的定位。 RTX将主攻VR应用,而DGX则以AI应用为主。黄仁勋更指出,全新的Turing架构将推生出一个2,500亿美元的图片特效行业,遍及设计、数字内容、建筑、仿真、电影和娱乐业。

新一代光线关注GPU产品线将先推出3款Quadro RTX显卡,这也是第一款使用三星超高速GDDR6内存的显卡,包括了单卡内置16GB内存的RTX 5000(内置3,072个CUDA核心和384个Tensor核心,可提供每秒6 Giga Rays),售价2,300美元,24GBk的RTX 6000(内置4,608个CUDA核心和576个Tensor核心,可提供每秒10 Giga Rays),售价6,300美元,以及最高端内置48GB内存的RTX 8000(同样内置4,608个CUDA核心和576个Tensor核心,可提供每秒10 Giga Rays),要价10,000美元。 Quadro RTX GPU可两张通过NVLink串联,达到内存倍增,例如两张RTX 8000最大可提供96GB的全局照明计算(Global Illumination)。除了Quadro RTX显卡之外,Nvidia后来8月中又发布了 同样采用Turing 架构的RTX游戏用GPU,包括三款GeForce RTX 2080 Ti、2080 与 2070 GPU显卡。 Nvidia预计第四季开始出货RTX GPU,先提供给OEM供应商,包括Dell EMC、HPE、HPI和Lenovo或其他系统供应商。

Nvidia还同步发布了RTX服务器,内置Quadro RTX 8000,一台RTX服务器可安装8张RTX显卡,两两串联。在功耗上,4台各内置8张GPU卡的RTX服务器,约需要13kW。结合新的Quadro Infinity软件,还可以支持远程控制或多个虚拟机共享同一个RTX GPU。目前包括Dell Precision工作站,HP Z工作站,HPE ProLiant服务器,以及联想的ThinkStation和ThinkSystem,都支持Quadro RTX产品。