Il ray tracing è arrivato sulle vecchie GPU Nvidia ma sarà abbastanza veloce? - analisi tecnica

Con l'arrivo delle schede grafiche Nvidia RTX e del supporto al ray tracing in tempo reale per le API DirectX 12 e Vulkan, siamo stati messi di fronte, probabilmente, al futuro della tecnologia per la grafica dei videogiochi. Tutto questo, però, ha generato una controversia in quanto, fino a questa settimana, solo le GPU RTX potevano eseguire software con caratteristiche DXR, il che significava che solo un numero molto limitati di utenti PC potevano avere accesso alle funzionalità di ray tracing. Ora, invece, questa barriera è stata abbattuta: l'ultimo driver pubblicato da Nvidia permette alle GPU delle serie 10 e 16 di eseguire il DXR tramite software. A questo punto, quindi, la domanda sorge spontanea: che tipo di esperienza di gioco possiamo ottenere su schede prive di supporto hardware al ray tracing?

Abbiamo testato del software DXR su tre schede grafiche sprovviste dell'hardware RT di Nvidia: la GTX 1060 6GB (la GPU meno performante tra quelle compatibili), la GTX 1660Ti (basata sull'architettura Turing) e la top di gamma della serie 10 da gaming, l'eccellente 1080Ti. Per avere una buona idea del confronto con la linea RTX, abbiamo scelto di inserire nel nostro benchmark la RTX 2080 e la RTX 2060. Si tratta, tutto sommato, di un interessante assortimento di schede grafiche: la RTX 2080, generalmente, gestisce i carichi di lavoro non-RT ad una velocità comparabile a quella di GTX 1080Ti mentre la 2060 è la GPU più economica tra quelle appartenenti alla gamma RTX.

Tuttavia, ciò che abbiamo scoperto velocemente è che, al di fuori di carichi di lavoro con ray tracing preparati appositamente, i benchmark per il gaming tendono a ingannare le vecchie schede grafiche. Abbiamo constatato rapidamente che il ray tracing introduce un enorme quantitativo di variabili nel gameplay, al punto che i benchmark attualmente disponibili hanno solo limitata rilevanza rispetto al gioco vero e proprio. Il ray tracing aggiunge un costo considerevole in termini di risorse utilizzate da un gioco e, in scene particolarmente cariche di effetti RT, una scheda della serie 10 può avere grosse difficoltà mentre una della serie 20 ha potenza sufficiente per gestire il tutto. Come abbiamo scoperto, ciò che testiamo in game deve essere scelto molto accuratamente.

Prima di cominciare, però, è bene spiegare cosa differenzia una scheda RTX da un prodotto GTX e, di conseguenza, come funziona il ray tracing. Prima di tutto, la GPU crea la struttura verso cui saranno sparati i raggi, la cosiddetta Bounding Volume Hierarchy (o BVH). A questo punto i raggi vengono proiettati sulla BVH ed è qui che entrano in gioco i core RT di Nvidia. Infine, c'è un'altro passaggio abbastanza esigente, sotto il profilo delle risorse: la riduzione del rumore. Dal momento che solo un quantitativo relativamente limitato di raggi possono essere sparati, il risultato che visualizzerete a schermo potrebbe presentare parecchio rumore e instabilità e, per questo, il tutto deve essere processato per restituire all'utente finale qualcosa che sia visivamente più godibile. In sintesi, dei tre esigenti processi che compongono il ray tracing, solo uno è accelerato via hardware dalle schede RTX e, come abbiamo potuto vedere, gli RT core possono essere emulati tramite gli shader: è proprio grazie a questo fattore che le GPU della serie 10 possono supportare il ray tracing.

Pascal Ray Tracing Tested! GTX 1080 Ti vs RTX 2080/ RTX 2060 + More

Per essere chiari, l'intera procedura di ray tracing viene gestita da Windows tramite le API DXR. DXR non richiede accelerazione hardware e, di conseguenza, la vostra GPU dovrà solo avere abbastanza RAM e il supporto alle DX12. Dato che il supporto al ray tracing per serie 10/16 è ora abilitato, non c'è niente che possa impedire ad AMD di rilasciare a sua volta il supporto al DXR per le sue GPU già esistenti e, vista la loro naturale inclinazione verso il calcolo tramite GPU, potremmo assistere a interessanti sorprese.

Ritornando al presente, Nvidia ci ha parlato di come differenti carichi di lavoro possano girare in modo variabile sulle GPU sprovviste di accelerazione hardware. Le ombre dotate di ray tracing viste nel porting di Nixxes di Shadow of the Tomb Raider sono state usate come esempio di un carico relativamente leggero e, in questo caso specifico, non ci dovrebbero essere grosse differenze tra le schede GTX e quelle RTX. La tecnologia per la realizzazione dei riflessi vista in Battlefield 5, invece, è un po' più complessa da processare senza l'hardware di RTX ma viene vista come qualcosa di piuttosto accessibile anche dalle schede GTX mentre i riflessi avanzati, il path-tracing e altre caratteristiche simili potrebbero essere oltre le possibilità del vecchio hardware. Dal nostro punto di vista, l'elemento più importante da sottolineare è che i giochi utilizzando un rendering ibrido, una combinazione tra la rasterizzazione standard e il ray tracing. Ciò significa che più aumentano gli elementi RT in una scena, più le GPU RTX offriranno risultati migliori. Al contrario, se il ray tracing non è prevalente, una GTX 1080Ti potrebbe, teoricamente, superare le performance di una RTX 2060.

Per avere un'idea di quanto sia importante l'accelerazione, inizieremo con un bechmark di Port Royal di 3DMark, creato per mettere in primo piano i carichi di lavoro RT. Quest'ultimo dimostra il motivo per cui gli RT core delle schede Turing RTX siano così importanti. Nonostante RTX 2080 e GTX 1080Ti siano molto simili in termini di prestazioni nell'ambito del gaming 3D standard, in questo bechmark la nuova GPU di Nvidia mostra un vantaggio del 169,4% nelle prestazioni rispetto alla concorrente GTX. Anche la molto più economica RTX 2060 ha un certo margine di vantaggio rispetto alla 1080Ti, circa il 70,2%. La GTX 1660Ti, invece, mostra evidenti segni di difficoltà mentre la GTX 1060 non può competere in alcun modo.

Passiamo ora a Battlefield 5, titolo in cui le ambiguità del benchmarking iniziano a farsi sentire. Abbiamo scelto l'inizio del livello della Provenza con le sue cutscene gestite dall'engine, seguito da una corsa attraverso le foreste infestate dai nazisti. Si tratta di una porzione del gioco abbastanza complessa e piena di effetti grafici partendo, ad esempio, dal terreno pieno di pozzanghere che mostrano riflessi in tempo reale, creati grazie ad una geniale combinazione di DXR e riflessi screen-space standard.

Dopo aver eseguito il benchmark, comunque, abbiamo registrato risultati piuttosto interessanti. Nonostante l'accelerazione hardware e il vantaggio di oltre il 70% visto in Port Royal, la RTX 2060, in questo caso, è solo l'8% più veloce rispetto a GTX 1080Ti. Ad ogni modo, se abbassate il dettaglio del DXR al preset medio, gran parte della campagna girerà a 60fps se non di più, proprio come accade su RTX 2060 e, grazie agli 11GB di memoria RAM di 1080Ti, non dovrete nemmeno ridurre la qualità delle texture. Quest'ultimo è un requisito fondamentale per raggiungere una buona fluidità su Battlefield 5 con RT attivo su 2060..

Il grafico di benchmark che segue è abbastanza interessante ma è bene tenere a mente che non può essere interpretato come una realistica comparativa tra schede RTX e GTX nel campo del ray tracing, come spiegheremo tra poco.

Quindi, perché il benchmark dice una cosa e noi ne diciamo un'altra? Per farla breve, le performance generali registrate non sono in alcun modo consistenti come quelle di RTX 2060, il che ci porta ad un'inevitabile conclusione: proprio come la maggior parte dei benchmark inseriti in vari titoli, i nostri test comparativi non sono indicativi dell'esperienza di gameplay effettiva.

Se si riesce a sopportare un buon grado di variabilità nelle prestazioni, la GTX 1080Ti può produrre un'esperienza in ray tracing abbastanza buona per Battlefield 5 a una risoluzione di 1080p. Tuttavia, qualsiasi tipo di scena che includa molti riflessi, in particolare quando su superfici trasparenti, riduce drasticamente le prestazioni delle schede non-RTX. Alex Battaglia ha introdotto il concetto di “scenario catastrofico” per il ray tracing, la cosiddetta “Pozzanghera del Destino”. Se guardiamo in questo specchio d'acqua, iniziamo a vedere un livello di differenziazione simile in Battlefield 5 rispetto a Port Royal. Ricordiamoci sempre che stiamo testando RTX 2060 come termine di paragone: una GPU da 350€ contro uno sfidante Pascal molto più costoso.

Ad essere onesti, eravamo in dubbio sull'opportunità di pubblicare il benchmark qui sopra o meno. Non si tratta, infatti, di guardare esclusivamente le medie del frame-rate ma anche di trovare il giusto carico di lavoro da testare perciò, mentre il benchmark può essere indicativo dei carichi leggeri di RT, qui sotto trovate un'immagine che illustra quanto possa essere ampio il differenziale, anche rispetto ad una RTX 2060.

È ora il turno di Shadow of the Tomb Raider, la dimostrazione di Nixxes e Nvidia di come il ray tracing possa essere utilizzato per qualcosa di diverso dai soliti effetti di riflessione. Vi raccomandiamo, inoltre, di dare un'occhiata a questa intervista con lo sviluppatore sull'argomento perché è davvero affascinante. Nvidia sa che le ombre e l'occlusione ambientale rappresentano un carico relativamente leggero da gestire per gli RT core e, in aggiunta a questo, l'utilizzo del DXR varia profondamente tra i vari preset presenti in Shadow of the Tomb Raider.

Il preset Ultra è il massimo che possiamo ottenere ma quello Medio è qualcosa di davvero differente, qualcosa che potremmo aspettarci di trovare nei giochi per console next-gen, supponendo che le nuove macchine non abbiano caratteristiche RT accelerate via hardware. Il DXR medio, in questo caso, in sostanza migliora le shadowmaps grazie a ombre con ray tracing piazzate strategicamente. Ciò spiega perché le schede non-RT se la cavino così bene con questo gioco: la GTX 1080Ti supera addirittura la RTX 2060 di un impressionante 32%.

Ovviamente, la situazione varia a seconda dei casi. Anche con impostazioni medie, ci sono scene particolarmente cariche di effetti DXR che possono ridurre notevolmente il livello di performance della GTX 1080Ti mentre altre scene non impattano sul frame-rate a 1080p nonostante il DXR sia impostato su Ultra. Shadow of the Tomb Raider, probabilmente, è il gioco DXR che si adatta meglio alle schede non-RT ed è possibile raggiungere un buon livello di performance con qualche accorgimento ma ci sono alcuni momenti particolari in cui il frame-rate può subire duri colpi, senza un'accelerazione tramite hardware.

Ci sono più informazioni e benchmark nel video incorporato nella parte superiore della pagina ma servono solo a confermare ciò che abbiamo già scoperto su Battlefield 5 e Shadow of the Tomb Raider: questi giochi non sono stati progettati per essere eseguiti su hardware non-RT e, nonostante i benchmark siano tutto sommato positivi, una volta che si inizia effettivamente a giocare per un certo periodo di tempo, le variazioni delle prestazioni diventano davvero importanti. I nostri benchmark su Metro Exodus hanno indicato che la 1080Ti non è molto più lenta di una RTX 2060 ma, come abbiamo scoperto, potevamo eseguire il gioco a 1080p e 60fps con RT sulla 2060, mentre la GTX 1080 Ti faticava a mantenere 1080p a 30fps durante il gioco.

Questo esercizio, quindi, è stato straordinariamente inutile? Sicuramente no! Prima di tutto, abbiamo compreso che più hardware supporta DXR, meglio è. Più basso è il supporto di base in termini di potenza della GPU, più è probabile che gli sviluppatori producano soluzioni simili all'impostazione DXR media in Shadow of the Tomb Raider. Come terreno di prova per le implementazioni del ray tracing su console di nuova generazione, ciò potrebbe essere inestimabile..

In secondo luogo, la linea RTX di Nvidia è stata criticata per alcuni confronti con GTX che mostrano una scarsa progressione da una generazione all'altra. Consentendo al DXR di funzionare su Pascal, gli utenti possono campionare il ray tracing e forse 'sentire la differenza' che un potenziale aggiornamento di Turing potrebbe fornire.

Alcuni potrebbero addirittura asserire che si tratta di una mossa per incoraggiare l'acquisto di una nuova GPU. Ciò che è piuttosto sicuro è che AMD attiverà presto il supporto al DXR per le sue schede grafiche presenti sul mercato e, di conseguenza, è un bene che anche i possessori di hardware Nvidia un po' più datato (e quindi sprovvisto delle caratteristiche di RT di Turing) possano provare questa nuova funzione.