Viszlát, GPU -- a PC-s grafika következő lépcsője a szoftveres render lesz

[Ars Technica] Az "inflexiós pont", vagy hajlási pont manapság elcsépelt fogalom, amennyiben a számítástechnika bizonyos ágazatairól beszélünk, bár a legtöbb esetben csak a korlátoltság szüli a gondolatot, hogy innen már nincs tovább. Ha viszont valahol helytálló a fogalom, akkor az a számítástechnika történetének egy olyan pillanata, ami felé igen gyorsan haladunk, amikor a többmagos hardverekre és a többszálúsítást kihasználó programozásra váltás megtöri a mindeddig igaz paradigmákat, melyek a hardver és a szoftver viszonyát voltak hivatottak leírni. A probléma pedig az, hogy az ipar még nem döntötte el igazán, hogy a régit melyik új paradigmával helyettesíti majd.

Visszatérés az Édenbe

Fontos tény, hogy nem az egész számítástechnikai ipar fog egycsapásra átesni ezen a csúcsponton. A Moore törvényének megfelelő fejlődés érint minden processzortípust, így a GPU-t is. Az áttörés akkor következik be, mikor a grafikus chipek a specializált, egyedi funkciókra kihegyezett másodlagos processzorból átalakulnak egy jóval általánosabban programozható, párhuzamos eszközzé -- ez a folyamat ma már egyértelműen megkezdődött. Amennyiben ez megtörténik, akkor a játékgyártóknak esélyük lesz teljesen újragondolni a valós idejű 3D renderelést egészen az alapoktól.

Tim Sweeney, az Epic Games egyik alapítója és vezető programozója szerint ez az áttörés már sokkal régebben közeledik, mint amióta újra beszélünk róla. Anno, az Unreal Tournament megjelenése után Sweeney egy interjúban azt állította, hogy a renderelés vissza fog térni a CPU-hoz. A nagy öreg ebben az interjúban évekre lebontva megjósolta, hogy mi fog történni a 3D-piacon, s nem is tévedett sokat.

Kilenc évvel ezelőtt Sweeney 2006-2007 körülrre jósolta, hogy a CPU annyira gyorssá és erőssé válik, hogy a 3D gyorsítás csak alig észrevehető előnyöket nyújt majd a renderelésnél az emberi érzékelés határain belül, ezért a dedikált 3D-chipek gyártása szilíciumpazarlás lesz mindössze. Akkori állítása szerint a grafikai megoldások visszatérnek majd a szoftveres renderelés irányába, a nem tradicionális architektúrák, mint a voxel renderelés vagy a REYES-féle algoritmus (amelyre az animációs filmekhez használt Pixar PhotoRealistic RenderMan is épül) pedig új reneszánszukat élik majd.

A 9 éves jóslat valóra válik

Ugyan Sweeney legalább két évet tévedett, de az akkori állításai egyre igazabbnak tűnnek, és egyre helytállóbbak a szoftveres megoldásokkal és a GPU mint fix funkciókra behuzalozott processzor halálával kapcsolatban. Az Intel nemrégiben bemutatott Larrabee terméke ugyan grafikus chipként lesz eladva, de valójában egy jól megtervezett univerzális, programozható, többmagos processzor. Ahhoz pedig nem fér sok kétség, hogy az NVIDIA és az ATI hasonló megoldásokkal áll majd elő.

Az NVIDIA nVision konferenciáján Sweeney az Ars Technica újságírójának adott interjújában bocsátkozott újabb jóslatokba, illetve egyfajta iránymutató tanításba, felkészítve a grafikus programozókat a közeljövő kihívásaira -- írásunkban az itt elhangzottakból szemezgetünk. Az Unreal atyja szerint a fix funkciós GPU-k eltűnése egyben a grafikus API-k halálos ítélete is, így elméletben elbúcsúzhatunk a DirectX-től és az OpenGL-től is. "A játékmotorokat programozók mindössze egy C-fordítóval, egy üres szövegszerkesztővel és fojtogató mennyiségű lehetőséggel néznek majd szembe, miközben ráveszik az új generációs általános célú hardvereket, hogy pixeleket helyezzenek a képernyőre."

DirectX helyett ismét igazi programnyelvek

Tim Sweeney szerint a következő generációkban a játékfejlesztők száz százalékban valós programnyelveket használnak majd a renderelés kódolására, mint a C++ vagy a CUDA, és nem olyan kötött API-kat, mint a DirectX vagy az OpenGL. Ennek eredményeképp teljesen mindegy lesz, hogy Intel, NVIDIA vagy ATI hardveren fut-e a kód, az számít mindössze, hogy elégséges teljesítményű hardver legyen alatta.

Sweeney szerint azzal, hogy rendelkezésre állnak teljesen programozható shaderek, teljességgel anakronisztikus az a 25 évvel ezelőtt fogant ötlet, ahogy a mai videokártyák a látható teret kötött sorrendben renderelt háromszögekre osztják fel egy óriási framebufferben egy fix raszterizálót használva. "Miért kellene ilyen módon leképezni a jeleneteket, ha számos sokkal érdekesebb lehetőség is rendelkezésre áll?" -- teszi fel a kérdést Sweeney.

Kompromisszumok a célhardverben

Ugyanakkor nem feltétlenül kell azt gondolni, hogy kizárólag szoftveres megoldások maradnak majd a piacon. A pletykák szerint az NVIDIA következő chipje továbbra is tartalmaz majd előre huzalozott grafikus funkciókat, hogy támogassa a jelenleg szabványos megoldásokat. Sweeney szerint ha egy teljesen programozható GPU-val kell dolgozni, akkor nem számít az sem, ha néhány fix funkció is megbújik benne. Ha emiatt a chip mondjuk kevesebb energiát fogyaszt majd régi DirectX játékok futtatásánál vagy jobban teljesít hagyományos felhasználás esetén, gazdaságosabb lehet beletenni a hardverbe ezeket a részeket is, még akkor is, ha többnyire üresjáratban lesznek majd -- vélekedett Sweeney. A Larrabee processzorban a DirectX-támogatás már inkább visszafelé kompatibilitási kérdés, mint evolúció.

Tim Sweeney is azon a véleményen van, hogy az utolsó forradalmi ugrás a DX9 volt, a tizedik verzió csupán kiegészítette azt néhány látványos, de kötött funkcióval. A DirectX 9 behozta a teljesen programozható, végtelen hosszúságú shadereket teljes lebegőpontos számítási támogatással, ez a korábbi pipeline megoldáshoz képest valóban forradalmi, minden egyéb fejlesztés viszont inkrementális, egyfajta visszatekintgetés a múltba. A DirectX 9 az utolsó jelentős fejlődés volt a játékok kinézetében, a következő pedig a visszalépés lesz a szoftveres rendereléshez.

Egyenlő esélyek

A közeljövőt ugyan viszonylag egyszerűen vázolta fel Sweeney az interjúban, ugyanakkor tisztán látja a kihivásait is ennek az útnak. A túl nagy szabadság és a lehetőségek végtelen száma nehezebbé teszi majd a fejlesztőknek az optimális megoldások megtalálását, szemben azzal a csővel, amit a DirectX jelentett. A cél viszont egy gazdaságos, hatékony és minőségben előremutató programozás lehetővé tétele. A mostani helyzet, amikor az egyik generáción belül még csak 10 millió dollár egy játék költsége, majd a következőben már 30 millió, az tarthatatlan. Ehelyett egyszerű, könnyű programozási modellekre van szükség, melyek skálázhatóak a több szálon és több processzormagon történő futtatáshoz.

A teljes interjú szövege itt olvasható: Ars Technica: Twilight of the GPU