光線追蹤技術(shù)即將成為標(biāo)配？

說要有光，于是有了光……在虛擬的游戲視界中，神或許可以理解為真實(shí)存在的造物主，游戲研發(fā)團(tuán)隊(duì)在硬件黑科技的加持下，真實(shí)的游戲世界一直都是游戲領(lǐng)域追求的，而在這個(gè)世界中，"光"絕對是不可或缺的元素。

虛擬視界的里程碑技術(shù)

一年多時(shí)間以前，NVIDIA在科隆游戲展前發(fā)布會上，正式揭曉了全新一代基于"圖靈"架構(gòu)的20系游戲顯卡。針對圖形性能，NVIDIA帶來了革命性的改進(jìn)，引入了實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)。

對于發(fā)燒級游戲玩家而言，實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)絕對稱得上里程碑式的顛覆。在忍受多年傳統(tǒng)光柵化渲染技術(shù)虛虛實(shí)實(shí)的折磨后，實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)終在游戲畫面及體驗(yàn)真實(shí)感上邁進(jìn)了一大步，NVIDIA更宣稱實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)是其在計(jì)算機(jī)圖形算法和GPU架構(gòu)領(lǐng)域經(jīng)過10年努力所取得的成果。

光線追蹤本身是現(xiàn)代電影生成或增強(qiáng)特殊效果所依賴的一種技術(shù)，比如逼真的反射、折射和陰影。正是這些效果的運(yùn)用打造出了科幻史詩片中的星際戰(zhàn)士。這種技術(shù)會使飆車場景令人血脈僨張，使戰(zhàn)爭片的火焰、煙霧和爆炸場景看起來像身臨其境。在游戲過程中，玩家看到的物體被光束照亮，現(xiàn)在轉(zhuǎn)過身，追蹤這些光束從玩家的眼睛向后到與光線交互的物體的路徑，這就是光線追蹤。

但在過去，計(jì)算機(jī)硬件的速度不夠快，無法實(shí)時(shí)使用這些技術(shù)，比如在視頻游戲中。電影制作人可以隨心所欲地花時(shí)間來渲染單個(gè)幀，因此他們會在渲染場中離線渲染。而視頻游戲畫面轉(zhuǎn)瞬即逝，因此，人們過去依賴于另一種技術(shù)來處理大部分實(shí)時(shí)圖形，即光柵化。

隨著硬件性能的提升和驅(qū)動的優(yōu)化，實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)終于被運(yùn)用到消費(fèi)級的游戲應(yīng)用中，力求為玩家還原真實(shí)視覺體驗(yàn)。因此，其一經(jīng)推出便成為市場關(guān)注的焦點(diǎn)，可新技術(shù)的應(yīng)用與落地，顯然沒有想象中的美好。

不太親民的新技術(shù)

實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)帶來的真實(shí)感的確讓眾多玩家感到驚喜，不過作為一項(xiàng)全新的、兼具黑科技屬性的技術(shù)，實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)的要求同樣不低。早在2017年時(shí)，英偉達(dá)實(shí)任巴西地區(qū)總裁Richard?Cameron在接受媒體采訪時(shí)就表示過，他認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)，我們需要的顯卡性能要比目前的強(qiáng)上100倍。

隨著實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)的亮相，EPIC創(chuàng)始人表示光線追蹤需要25TFLOPS的性能，大概就是三塊GTX?1080顯卡的水平。而在具體的游戲應(yīng)用上，人們發(fā)現(xiàn)在《戰(zhàn)地5》開啟"DXR光線跟蹤反射質(zhì)量"后，在DXR最高的設(shè)定下，即使是i9-9900K+RTX?2080?Ti這樣頂級的硬件組合下，也只能在1080P分辨率下保持流暢的畫面體驗(yàn)。

這樣的硬件性能需求顯然是不利于實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)落地的，而NVIDIA自然也不能無視市場的聲音，于是，支持光線追蹤技術(shù)的平價(jià)顯卡RTX?2060被推了出來，低門檻成功激活了玩家市場對實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)的興趣。

有意思的是在市場玩家都認(rèn)為實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)將會成為RTX顯卡專利時(shí)NVIDIA在游戲開發(fā)者大會（GDC）期間宣布GeForce?GTX?1060?6GB或更高GPU將支持光線追蹤。

不過由于相比RTX顯卡，GTX顯卡沒有"光線追蹤核心"以及"Tensor核心"，所以在體驗(yàn)光線追蹤游戲時(shí)畫質(zhì)或許只能維持在較低水平（RTX或提供相當(dāng)于GTX?GPU大概2?3倍的光線追蹤性能）?；贜VIDIA提供的驅(qū)動，GeForce?GTX?GPU將在Shader?Cores上運(yùn)行光線追蹤。

在DXR下，光線追蹤提供了兩種執(zhí)行方案，分別是Compute-base?Path和DXR?API?Path。顧名思義，Compute-base?Path是在DXR框架下使用通用計(jì)算單元來進(jìn)行光線追蹤。GeForce?GTX?10系列就是利用這一套方式。另外一套執(zhí)行方案DXR?API?Path，則是使用DXR框架的硬件加速電路在GPU上執(zhí)行光線追蹤，在GeForce?RTX?20系列上，這套硬件加速電路就是RT?Core。

顯然，為了讓實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)落地，NVIDIA已然使出渾身解數(shù)不斷降低門檻NVIDIA很清楚一項(xiàng)全新技術(shù)的崛起往往需要整個(gè)生態(tài)的支撐，而隨著玩家對實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)了解的深入及剛需的出現(xiàn)，AMD、Intel兩大上游廠商也開始了動作。

AMD驅(qū)動暗藏光線追蹤代碼

NVIDIA實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)亮相后，AMD作為其首當(dāng)其沖的競爭對手，不斷被問及實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)相關(guān)信息。

相對于似是而非的"口水仗"，AMD驅(qū)動的"實(shí)錘"對于光線追蹤技術(shù)的應(yīng)用具有極大意義。三季度開始就有玩家發(fā)現(xiàn)，從今年7月份的19.7.2版本開始，AMD顯卡驅(qū)動里就已經(jīng)加入了光線追蹤相關(guān)代碼，包括對于微軟DirectX光追庫的引用（未完成），以及部分看起來和AMDTraceRay代碼有關(guān)的dll動態(tài)鏈接庫文件。

隨著玩家討論的深入，AMD高級總監(jiān)Jason?Banta也表示確定將在12月為腎上腺素驅(qū)動帶來一次重大升級，其中相當(dāng)重要的一個(gè)部分，就是為Navi顯卡帶來光線追蹤支持。

不過需要注意的是目前的Navi顯卡中并沒有能夠支持光線追蹤的硬件部分，因此AMD計(jì)劃通過軟件的方式為Navi顯卡提供光追效果，算是一種權(quán)宜之計(jì)。

發(fā)力光追的二代RDNA架構(gòu)顯卡

AMD今年6月正式發(fā)布了7nm?Navi架構(gòu)的RX?5700系列顯卡，這次的架構(gòu)不再叫GCN，而是RDNA，AMD強(qiáng)調(diào)它是一個(gè)全方位重新設(shè)計(jì)的架構(gòu)，并不是GCN的又一個(gè)升級版，也不是與GCN的混合體，只是集成了GCN架構(gòu)的指令以保持向下兼容，現(xiàn)有技術(shù)仍然可以在RDNA架構(gòu)上得到支持。

現(xiàn)在的GCN及RDNA架構(gòu)也是支持光追的，但是通過Shader渲染器完成的，AMD?ProRender、Radeon?Rays都早就支持了光線追蹤，分別面向內(nèi)容創(chuàng)作渲染和游戲開發(fā)。

而RDNA架構(gòu)也不會只用一代，后續(xù)至少還有新一代的RDNA?2架構(gòu)，屆時(shí)制程工藝會從現(xiàn)在的臺積電7nm升級到7nm+，也就是臺積電的7nm?EUV光刻工藝。這樣的產(chǎn)品線規(guī)劃意味著到了明年的RDNA2架構(gòu)上，AMD才會做硬件加速的光追，在實(shí)時(shí)游戲中實(shí)現(xiàn)特定的集中光線渲染效果，也就是說明年的RDNA2架構(gòu)上也會集成圖靈GPU那樣的專用硬件單元，提升光追加速效果。

不過AMD長期追求的光追是基于云端的，畢竟云端的計(jì)算性能更為強(qiáng)大，效果遠(yuǎn)好于本地光追加速，這才是解決光追渲染吃硬件的根本辦法。

翹首以盼的次世代主機(jī)玩家

在PC市場，格外重視硬件光追的玩家本身可以選擇NVIDIA產(chǎn)品，再慢慢期待AMD新一代的RDNA?2架構(gòu)顯卡的亮相，可對于次世代主機(jī)玩家而言AMD顯卡一舉一動卻有些揪心了。

經(jīng)過幾十年風(fēng)風(fēng)雨雨的發(fā)展，主機(jī)游戲領(lǐng)域經(jīng)過了數(shù)輪洗牌，目前形成了索尼、任天堂以及微軟三大巨頭的局面，而微軟和索尼不約而同地選擇AMD平臺作為自家新一代次世代主機(jī)硬件平臺，讓AMD成為次世代主機(jī)市場最大硬件的同時(shí)，AMD硬件光追也成為主機(jī)玩家心理的牽掛。

根據(jù)目前泄露的消息，采用定制APU的索尼和微軟兩家的次世代主機(jī)將會支持光線追蹤，但是這項(xiàng)功能在AMD此前發(fā)布的RX?5000系列顯卡當(dāng)中并沒有搭載，這也佐證了AMD會在下一代顯卡中提供硬件光追的說法。

隨著下一代游戲系統(tǒng)的推出，光線追蹤兼容硬件將交付給用戶，從而創(chuàng)建一個(gè)跨越PC，Xbox和PlayStation的光線跟蹤生態(tài)系統(tǒng)，這足以讓開發(fā)人員致力于該功能。

耕耘光追領(lǐng)域多年的Intel

十年前，光線追蹤本來是Intel對付英偉達(dá)的黑科技，結(jié)果不幸難產(chǎn)。十年后，光追終于應(yīng)用到游戲中，卻是在NVIDIA手里發(fā)揚(yáng)光大。因此，在光線追蹤技術(shù)領(lǐng)域，Intel同樣擁有相當(dāng)雄厚的積淀。

2008年前后，Intel和NVIDIA兩家大廠對于電腦顯卡的存在意義展開了激烈的對線。由于《孤島危機(jī)》這樣畫面精細(xì)對性能要求極高的游戲的出現(xiàn)，讓顯卡成為電腦中的重要部件。游戲玩家愿意花更多的錢買一個(gè)更好的顯卡，而不是CPU，這對Intel是一個(gè)危險(xiǎn)的信號。

當(dāng)時(shí)的Intel在很多場合下表示，獨(dú)立顯卡最終會被淘汰，未來的PC圖像處理會逐漸集成到CPU中，并認(rèn)為自己的CPU可以提供更好的游戲渲染，Intel自信的來源便是光線追蹤技術(shù)。

曾在2004年就將來光線追蹤技術(shù)應(yīng)用在《雷神之錘3》上的技術(shù)大牛德國人Daniel?Pohl更是在2007年加盟Intel，為Intel光線追蹤技術(shù)的構(gòu)建打下了基礎(chǔ)。因此，Intel"重回"光線追蹤應(yīng)用領(lǐng)域一點(diǎn)都不會讓人感到驚訝，尤其是在Intel宣布重返獨(dú)顯領(lǐng)域的當(dāng)下。

傳聞不斷的Xe?GPU

Intel將在明年推出自己的獨(dú)立顯卡，同時(shí)啟用全新的Xe?GPU品牌，這在顯卡領(lǐng)域絕對是件大事兒，而且外媒DigiTimes援引業(yè)內(nèi)人士的話稱，英特爾將在2020年中推出首款Xe?GPU，其熱設(shè)計(jì)功耗僅為25W、輔以6GB?GDDR6顯存、且型號可能不止一款，相關(guān)規(guī)格、功能設(shè)計(jì)的新聞也層出不窮，這其中，自然少不了光線追蹤這個(gè)焦點(diǎn)。

前不久Intel日本公司在東京舉行了一次活動，介紹了Intel處理器的一些進(jìn)展，其中談到了第二代10nm處理器Tiger?Lake的核顯，稱后者的Genl2核顯性能會再次翻倍，而Xe架構(gòu)獨(dú)顯將會支持光線追蹤，這兩個(gè)消息讓業(yè)界都很振奮。

然而，隨后Intel就進(jìn)行了官方辟謠，他們審查了日本活動的簡報(bào)，確認(rèn)PPT資料中沒有提到Xe架構(gòu)獨(dú)顯GPU會支持光線追蹤，相關(guān)報(bào)道實(shí)際上是由于日文-英文翻譯的誤會所致。Intel甚至還否認(rèn)提到了Tiger?Lake的Gen12核顯性能翻倍、可實(shí)現(xiàn)1080p?60fps游戲的報(bào)道，表示這個(gè)目標(biāo)也是不存在的。不過有意思的是Intel早在今年年初就放出了一份開放圖像降噪庫（Open?Image?Denoise?Library），縮寫OIDN，專為改善光追效果而來，而且完全開放、免費(fèi)。或許光線追蹤對于Intel而言，為顯卡加入光線追蹤技術(shù)并沒有太高難度。

態(tài)度積極的微軟

在討論一眾硬件廠商及產(chǎn)品對光線追蹤技術(shù)態(tài)度的同時(shí)，微軟的態(tài)度同樣不容忽視。多年前Intel用"光線追蹤"同NVIDIA"一較高低"時(shí)，微軟DirectX?11同樣是不容各方忽視的存在。

而在GDC?2018全球游戲開發(fā)者大會上，微軟推出了名為DirectX?Raytracing（DirectX光線追蹤，簡稱DXR）的新功能。通過DXR?API，圖像設(shè)備可以進(jìn)行實(shí)時(shí)光線追蹤。DXR?API帶來了一系列全新技術(shù)（如實(shí)現(xiàn)真實(shí)全局光照），為未來的游戲世界打開了大門。微軟還宣布PIX?for?Windows將支持DXR?API。PIX?for?Windows將幫助游戲開發(fā)人員捕獲和分析使用DXR構(gòu)建的幀，并了解DXR如何與硬件進(jìn)行交互。

寫在最后不可或缺的游戲

缺乏游戲支持，各家令人垂涎的光線追蹤Demo只能是Demo，而在全球范圍當(dāng)中，主機(jī)游戲的銷量要比PC游戲多得多，例如根據(jù)VGChartz的統(tǒng)計(jì)，《戰(zhàn)地4》PC版的銷量僅有主機(jī)板（PS3/4+Xbox?360/One）的十分之一。對于大部分的游戲廠商來說，只有在主機(jī)平臺發(fā)售游戲才是生財(cái)之道。因此，以AMD為代表的硬件廠商在硬件光追上的進(jìn)度顯然是極為關(guān)鍵的，只有整個(gè)生態(tài)在光線追蹤技術(shù)上的進(jìn)度跟上了，這項(xiàng)技術(shù)才有可能真的落地。