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Nous avons déjà avec nous les nouvelles cartes graphiques NVIDIA RTX. Du modèle phare: NVIDIA RTX 2080 Ti, au modèle pour la plupart des joueurs en 4K: NVIDIA RTX 2080 et celui qui est le plus abordable pour tous les budgets, le NVIDIA RTX 2070. Dans cet article, nous expliquerons quelles sont ses nouveautés et ses nouvelles technologies.

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Ray Tracing plus présent que jamais

Ray Tracing est l'un des termes les plus parlés depuis l'arrivée des cartes graphiques Nvidia GeForce RTX, car ce sont les premiers de l'histoire à pouvoir appliquer cette technologie en temps réel aux jeux vidéo. L'implémentation de Ray Tracing de Nvidia est appelée RTX, c'est donc le nouveau suffixe pour les cartes graphiques de l'entreprise. Mais qu'est-ce que la technologie Ray Tracing et RTX? Nous avons préparé ce billet pour expliquer les fondamentaux de ces nouvelles technologies et cartes graphiques.

Il n'y a peut-être pas beaucoup de gens en dehors de l'infographie qui savent ce qu'est le lancer de rayons (également connu sous le nom de lancer de rayons), mais il y a très peu de gens sur la planète qui ne l'ont pas vu. Le Ray Tracing est la technique sur laquelle les films modernes sont basés pour générer ou améliorer des effets spéciaux. Pensez à des réflexions, des réfractions et des ombres réalistes. Cela fait hurler les chasseurs d'étoiles dans les épopées de science-fiction, les voitures rapides sont furieuses et le feu, la fumée et les explosions des films de guerre semblent réels.

Il produit également des images qui ne peuvent être distinguées de celles capturées par un appareil photo. Les films en direct mélangent des effets générés par ordinateur et des images du monde réel capturées de manière transparente, tandis que les films d'animation couvrent des scènes générées numériquement dans la lumière et l'ombre aussi expressives que tout ce qui a été tourné par un caméraman. La façon la plus simple de penser à Ray Tracing est de regarder autour de vous. À l'heure actuelle, les objets que vous regardez sont éclairés par les rayons de lumière du soleil. Maintenant, retournez-vous et suivez le chemin de ces rayons vers l'arrière de votre œil jusqu'aux objets avec lesquels la lumière interagit. C'est le lancer de rayons ou le lancer de rayons.

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Historiquement, le matériel PC n'a pas été assez rapide pour utiliser ces techniques en temps réel dans les jeux vidéo. Les cinéastes peuvent prendre autant de temps qu'ils souhaitent rendre une seule image, ils le font donc hors ligne dans les fermes de rendu. Les jeux vidéo ne sont que d'une fraction de seconde, en raison de l'impossibilité d'utiliser Ray Tracing, la plupart des graphiques en temps réel sont basés sur une autre technique, la pixellisation.

NVIDIA RTX est l'implémentation de Ray Tracing par Nvidia dans les jeux vidéo grâce à Turing

Alors que les GPU continuent de devenir plus puissants, le lancer de rayons fonctionnera pour de plus en plus de personnes dans la prochaine étape logique de cette technologie. Par exemple, armés d'outils de traçage de rayons professionnels, les concepteurs de produits et les architectes utilisent Ray Tracing pour générer des modèles photoréalistes de leurs produits en quelques secondes, leur permettant de mieux collaborer et d'omettre des prototypes coûteux. Ray Tracing a prouvé son efficacité aux architectes et concepteurs d'éclairage, qui utilisent ses capacités pour modéliser la façon dont la lumière interagit avec leurs conceptions.

Les GPU offrent de plus en plus de puissance, faisant des jeux vidéo la prochaine frontière de cette technologie avancée. En août, Nvidia a annoncé ses nouvelles cartes graphiques GeForce RTX basées sur l'architecture Turing et compatibles avec Ray Tracing en temps réel grâce à la technologie RTX. Il est le résultat d'une décennie de travail sur les algorithmes graphiques informatiques et les architectures GPU.

La technologie RTX de Nvidia consiste en un moteur de lancer de rayons qui fonctionne sur des GPU avec une architecture Turing ou Volta. Conçu pour prendre en charge le lancer de rayons à travers une variété d'interfaces, Nvidia s'est associé à Microsoft pour permettre une prise en charge RTX complète via la nouvelle API DirectX Ray Tracing (DXR) de Microsoft. Pour aider les développeurs de jeux à tirer parti de ces capacités, Nvidia a également annoncé que le SDK GameWorks ajouterait un module de réduction de l'analyse. Le SDK GameWorks mis à jour, à venir bientôt, comprend des ombres de zone tracées par rayons et des reflets lumineux avec Ray Tracing. DXR intègre entièrement le lancer de rayons dans DirectX, ce qui permet aux développeurs d'intégrer le lancer de rayons aux techniques traditionnelles de tramage et de calcul.

Nvidia développe une extension Ray Tracing pour l'API graphique et informatique multiplateforme de Vulkan. Cette extension sera bientôt disponible et permettra aux développeurs Vulkan d'accéder à toute la puissance de RTX. Nvidia contribue également à la conception de cette extension au groupe Khronos en tant que contribution pour potentiellement apporter la capacité de suivi de la foudre inter-fournisseurs à la norme Vulkan.

Tout cela donnera aux développeurs de jeux la possibilité d'incorporer des techniques de lancer de rayons dans leur travail pour créer des réflexions, des ombres et des réfractions plus réalistes. En conséquence, les jeux que vous aimez à la maison récolteront plus des qualités cinématographiques d'un blockbuster hollywoodien.

Turing, la nouvelle architecture graphique

Pour l'instant, seules trois cartes graphiques basées sur l'architecture Turing de Nvidia ont été publiées, ce sont les GeForce RTX 2080Ti, RTX 2080 et RTX 2070. Turing est l'architecture graphique la plus avancée de Nvidia, c'est une évolution de Volta dans laquelle tous les avantages ont été conservés et de nouvelles unités dédiées au Ray Tracing ont été ajoutées. Ces unités de traçage de rayons dédiées sont les cœurs RT, grâce auxquels Turing peut être jusqu'à 10 fois plus efficace que Volta lorsque vous travaillez avec le raytracing.

Le pouvoir de Turing est encore insuffisant pour utiliser le Ray Tracing de manière très intensive, c'est pourquoi seule une petite quantité de rayons lumineux est appliquée. Cela provoque l'apparition d'une image avec beaucoup de bruit, quelque chose que personne n'aime. C'est là que le Tensor Core entre en scène, qui est également présent dans Turing et a pour fonction d'accélérer les opérations d'intelligence artificielle du GPU. Grâce à ces Tensor Core, les GeForce RTX appliquent des algorithmes avancés pour éliminer le bruit de l'image et offrent un niveau de qualité graphique sans précédent, très similaire à ce qui serait obtenu avec une utilisation beaucoup plus intensive du raytracing.

Les avantages de Turing vont bien au-delà de Ray Tracing, car cette architecture est également une percée contre Pascal dans les moindres détails. Pascal est l'architecture que Nvidia a utilisée dans le secteur des jeux avant Turing, car Volta n'a pas atteint le monde des jeux vidéo.

L'architecture Turing introduit de profonds changements au niveau des unités SM (multiprocesseurs en streaming), il s'agit de l'unité fonctionnelle minimale de l'architecture Nvidia, qui comprend le CUDA Core, le Tensor Core, les unités de chargement / sauvegarde, et un cache de niveau 0. Pour l'instant, on ne sait pas si les cœurs RT sont également dans le SM, bien que la chose logique soit de penser qu'ils le sont.

Dans chaque SM se trouve également le cache L1, qui dans le cas de Turing fait 128 Ko, tout comme Volta. Ce cache est chargé d'enregistrer les données les plus utilisées par les cœurs CUDA, ainsi que de ne pas être cohérent, ce qui signifie qu'il n'y a pas de synchronisation entre les données dans le cache L1 de chaque unité SM. Ce cache L1 fait une grande différence, car avant Turing, il y avait une seconde mémoire cohérente et unifiée. Turing combine le cache L1 et cette seconde mémoire en un seul pool incohérent. Cela donnera aux développeurs une plus grande flexibilité d'utilisation, permettant une plus grande optimisation tant qu'ils sont prêts à consacrer plus de temps au développement.

Cette unification de la mémoire à Turing offre une bande passante et une vitesse plus grandes lors du déplacement des données entre cette mémoire et les registres des cœurs CUDA. Cette réduction du temps d'accès se traduit par un besoin moindre de cycles d'horloge pour exécuter les opérations dans le cœur CUDA. Nvidia a déclaré que les performances de chaque cœur Turing CUDA sont 50% supérieures à celles de Pascal, sans aucun doute les modifications internes de l'architecture ont porté leurs fruits.

Un autre changement important de Turing contre Pascal que nous voyons dans le cache L2, qui est passé de 3 Mo à 6 Mo pour chaque SM. La mise en cache est coûteuse à implémenter, donc sa duplication montre très clairement que les cœurs Turing sont plus puissants que les cœurs Pascal et ont besoin de plus de cette précieuse ressource. Le cache L2 est l'endroit où les données qui ne rentrent pas dans le cache L1 sont stockées, une plus grande quantité signifie pouvoir stocker plus de données, donc moins d'accès à la mémoire VRAM de la carte graphique sera nécessaire, ce qui se traduira par une consommation moindre de quantité de cette mémoire et cette énergie.

Ceci est important car le Nvidia GeForce RTX n'a pas augmenté la quantité de VRAM par rapport à Pascal, bien que le saut ait été fait vers le GDDR6 qui offre une meilleure efficacité énergétique et une plus grande bande passante. Cette plus grande bande passante permettra à Turing de mieux performer que Pascal en haute résolution, nous pourrions donc enfin être devant la première architecture graphique qui permet de profiter des moniteurs 4K G-Sync HDR dans toute leur splendeur.

La plus grande bande passante de la mémoire GDDR6 et sa consommation réduite grâce au cache Turing amélioré, permettent à la bande passante des cartes d'être adéquate pour le bon fonctionnement de la technologie RTX, car il y a beaucoup de informations que la carte doit déplacer.

Modèles Nvidia RTX

Le tableau suivant résume les caractéristiques des cartes basées sur Turing qui ont été annoncées à ce jour:

Nvidia GeForce 2000 series
	Silicium	CUDA Core	Giga Rays / s	RTX-OPS	Fréquence GPU	La mémoire	Interface	Largeur de bande	TDP
Nvidia GeForce RTX 2080Ti	TU102	4352	10	78T	1635 MHz	11 Go GDDR6	354 bits	616 Go / s	260W
Nvidia GeForce RTX 2080	TU104	2944	8	60T	1545 MHz	11 Go GDDR6	256 bits	448 Go / s	225W
Nvidia GeForce RTX 2070	TU104	2304	6	45	1710 MHz	8 Go GDDR6	256 bits	448 Go / s	175W

L'atterrissage du reste des cartes graphiques Nvidia GeForce 2000 sera terminé au cours des semaines et des mois à venir, bien que les modèles restants ne soient pas compatibles avec la technologie RTX, ils continueront donc avec le suffixe GTX et il est également possible qu'ils continuent d'utiliser l'architecture Pascal, bien que rien de tout cela n'ait été officiellement confirmé, nous devrons donc attendre de voir comment cela se déroulera finalement.

Ceci termine notre article spécial consacré aux nouvelles cartes graphiques Nvidia RTX, n'oubliez pas que vous pouvez laisser un commentaire si vous avez des suggestions ou quelque chose à ajouter. Vous pouvez également partager l'article avec vos amis sur les réseaux sociaux, de cette façon vous nous aidez à le diffuser afin qu'il puisse toucher plus d'utilisateurs qui en ont besoin. Que pensez-vous de l'arrivée de Ray Tracing sur les nouvelles cartes graphiques Nvidia ? Pensez-vous qu'ils auraient dû se concentrer davantage sur l'amélioration des performances raster?