Säteenseurannan laitteistokiihdytysratkaisujen vertailu
Epäilys, Akseli (2024)
2024
Tieto- ja sähkötekniikan kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Computing and Electrical Engineering
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2024-01-11
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202401101321
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202401101321
Tiivistelmä
Säteenseuranta on erittäin realistisen tietokonegrafiikan mahdollistava tekniikka. Säteenseurannan hyödyntäminen on kuitenkin erittäin laskennallisesti vaativaa, minkä vuoksi sen nopeuttamiseen on kehitetty erityistä laitteistoa. Tämän työn tavoitteena on selvittää, minkälaisia ratkaisuja säteenseurannan laitteistokiihdytykseen on olemassa ja miten ne eroavat toisistaan.
Työ on toteutettu kirjallisuuskatsauksena. Työn alkuosa käsittelee säteenseurannan perusteita ja sen käytännön toteutusta säteenseurantaputken muodossa. Seuraavaksi käsitellään kiihdytysrakenteita sekä säteenseurannan laitteistokiihdytystä yleisellä tasolla. Tämän jälkeen tarkastellaan kolmen PC-markkinoilla toimivan valmistajan ratkaisuja, ja lopuksi verrataan niitä keskenään.
Kiihdytysrakenteiden osalta BVH havaittiin suosituimmaksi ratkaisuksi osana laitteistokiihdytystä, ja säteenseurantaprosessista tunnistettiin joitakin osia, jotka soveltuvat toteutettaviksi laitteistotasolla. Näitä ovat ainakin leikkaustestaukset, kiihdytysrakenteen läpikäyntilogiikka ja kiihdytysrakenteen muodostus. Lisäksi koherenssilajittelun todettiin olevan mahdollinen tapa optimoida laitteisto säteenseurantaa varten.
Tarkastelluista ratkaisuista AMD:n ratkaisut osoittautuivat yksinkertaisimmiksi, toteuttaen ainoastaan leikkaustestaukset laitteistotasolla. Tässä ratkaisussa todettiin kuitenkin hyväksi puoleksi sen ohjelmoitavuus. Intelin Xe-HPG-arkkitehtuuri taas on kehittyneempi ja toteuttaa leikkaustestaukset, kiihdytysrakenteen läpikäynnin ja varjostimien koherenssilajittelun laitteistossa. Nvidian Ada Lovelace -arkkitehtuurin todettiin sisältävän eniten ominaisuuksia: leikkaustestaukset, kiihdytysrakenteen läpikäynti, varjostimien koherenssilajittelu, läpinäkyvyystestausta nopeuttava Opacity Micromap Engine ja yksinkertaisemman BVH:n mahdollistava Displaced Micro-Mesh Engine.
Leikkaustestauskapasiteetteja vertaillessa kävi ilmi, että AMD:n RDNA 3 ja Intelin Xe-HPG omaavat maksimikonfiguraatioissaan verrattavissa olevan laatikkotestauskapasiteetin, mutta RDNA 3:n kolmiotestauskapasiteetti on noin 1,6-kertainen Xe-HPG:hen verrattuna. Nvidian ratkaisujen leikkaustestauskapasiteeteista ei ole täysiä tietoja saatavilla, mutta olemassa olevien tietojen perusteella tehtiin päätelmä, jonka mukaan Nvidian Ada Lovelace -arkkitehtuurin kolmiotestauskapasiteetti on huomattavasti kilpailijoita korkeampi: noin kuusinkertainen RDNA 3:een verrattuna.
Työ on toteutettu kirjallisuuskatsauksena. Työn alkuosa käsittelee säteenseurannan perusteita ja sen käytännön toteutusta säteenseurantaputken muodossa. Seuraavaksi käsitellään kiihdytysrakenteita sekä säteenseurannan laitteistokiihdytystä yleisellä tasolla. Tämän jälkeen tarkastellaan kolmen PC-markkinoilla toimivan valmistajan ratkaisuja, ja lopuksi verrataan niitä keskenään.
Kiihdytysrakenteiden osalta BVH havaittiin suosituimmaksi ratkaisuksi osana laitteistokiihdytystä, ja säteenseurantaprosessista tunnistettiin joitakin osia, jotka soveltuvat toteutettaviksi laitteistotasolla. Näitä ovat ainakin leikkaustestaukset, kiihdytysrakenteen läpikäyntilogiikka ja kiihdytysrakenteen muodostus. Lisäksi koherenssilajittelun todettiin olevan mahdollinen tapa optimoida laitteisto säteenseurantaa varten.
Tarkastelluista ratkaisuista AMD:n ratkaisut osoittautuivat yksinkertaisimmiksi, toteuttaen ainoastaan leikkaustestaukset laitteistotasolla. Tässä ratkaisussa todettiin kuitenkin hyväksi puoleksi sen ohjelmoitavuus. Intelin Xe-HPG-arkkitehtuuri taas on kehittyneempi ja toteuttaa leikkaustestaukset, kiihdytysrakenteen läpikäynnin ja varjostimien koherenssilajittelun laitteistossa. Nvidian Ada Lovelace -arkkitehtuurin todettiin sisältävän eniten ominaisuuksia: leikkaustestaukset, kiihdytysrakenteen läpikäynti, varjostimien koherenssilajittelu, läpinäkyvyystestausta nopeuttava Opacity Micromap Engine ja yksinkertaisemman BVH:n mahdollistava Displaced Micro-Mesh Engine.
Leikkaustestauskapasiteetteja vertaillessa kävi ilmi, että AMD:n RDNA 3 ja Intelin Xe-HPG omaavat maksimikonfiguraatioissaan verrattavissa olevan laatikkotestauskapasiteetin, mutta RDNA 3:n kolmiotestauskapasiteetti on noin 1,6-kertainen Xe-HPG:hen verrattuna. Nvidian ratkaisujen leikkaustestauskapasiteeteista ei ole täysiä tietoja saatavilla, mutta olemassa olevien tietojen perusteella tehtiin päätelmä, jonka mukaan Nvidian Ada Lovelace -arkkitehtuurin kolmiotestauskapasiteetti on huomattavasti kilpailijoita korkeampi: noin kuusinkertainen RDNA 3:een verrattuna.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8324]