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Ampere und RTX-30-Series Deep Dive - 8K-Gaming, DLSS 2.1 und RTXGI

Mit der neuen GeForce-RTX-30-Serie gibt es auch eine Reihe an Neuerungen im Bereich der Ausgabe bzw. Darstellung der Inhalte. So soll die GeForce RTX 3090 auch in der Lage sein, Spiele in 8K darzustellen. Natürlich schließ NVIDIA auch die neuesten AAA-Titeln mit allen Raytracing-Effekten mit ein, hier allerdings mit der Unterstützung von DLSS 2.1.

Laut NVIDIA ist die GeForce RTX 3090 die erste Grafikkarte, die ein Spielen in 8K ermöglicht. Dazu sind auch die entsprechenden Anschlüsse vorhanden. HDMI 2.1 kann theoretisch sogar 10K bei 120 Hz übertragen und stellt damit ausreichend Bandbreite zur Verfügung, um 8K über ein Kabel anzusprechen. Außerdem verfügen die Karten noch über DisplayPort 1.4a.

Das Thema DLSS hat uns bereits mehrfach beschäftigt. Mit DLSS 2.0 machte NVIDIA zuletzt einen großen Sprung und bietet nun in vielen Fällen eine bessere Darstellungsqualität als beim nativen Rendering. Auch wenn hier noch immer ab und an einige Abstriche gemacht werden müssen, DLSS ist eine Lösung um die Leistung des Systems zu steigern, ohne allzu viele und große Kompromisse eingehen zu müssen.

Für das Deep Learning Super Sampling (DLSS) wird ein Rendering in einer niedrigeren Auflösung mithilfe eines AI-Algorithmus auf eine höhere Auflösung skaliert. Obiges Beispiel zeigt für das 4K-Gaming ein Rendering in 1080p und die Ausgabe erfolgt in 4K. "Echte" 2.073.600 Pixel (1.920 x 1.080 Pixel) wurden also in 8.294.400 Pixel (3.840 x 2.160 Pixel) umgewandelt, was dem Faktor vier entspricht.

Für eine Ausgabe in 8K verwendet NVIDIA ein internes Rendering in 1400P. Ein neues DLSS-Profil namens AI Super Resolution sorgt dann für die Ausgabe in 8K. Aus 3.584.000 Pixel (2.560 x 1.400 Pixel) werden 33.177.600 Pixel (7.680 x 4.320 Pixel) – wir sprechen hier also vom Faktor neun. Das entsprechende DLSS-Profil verwendet ein eigenes AI-Modell. Hier kommt in den Berechnungen ein weiteres Field of View (FOV) zum Einsatz (Faktor 11 um genau zu sein), was mehr Details ermöglichen soll.

Am Beispiel von Watch Dogs: Legion und einem Detailausschnitt zeigt NVIDIA, dass 8K DLSS durchaus auch hier in der Lage ist, mehr Details darzustellen, als dies in einem nativen Rendering mit wenigen Pixeln (1080p) und mit vielen Pixeln (4K) möglich ist.

In Form einiger Leistungswerte will NVIDIA darlegen, dass eine GeForce RTX 3090 in der Lage ist, einige Spiele mit und ohne DLSS in 8K-Auflösung wiederzugeben. Bis entsprechende Displays und TVs von mehr als nur einer Handvoll Spieler eingesetzt werden, wird allerdings noch einige Zeit vergehen. Ein 8K-Gaming ist eher als Techdemo anzusehen, als ernsthaft im praktischen Einsatz vorzufinden.

Sicherlich ist es positiv zu bewerten, dass dies nun möglich wird, die Relevanz des 8K-Gaming ist aber eher im niedrigen Bereich anzusiedeln.

DLSS 2.0/2.1

DLSS 2.1 wird in Kürze in zahlreichen Spielen verfügbar sein. Alle in den kommenden Wochen und Monaten erscheinende Spiele werden zumindest DLSS 2.0 unterstützen.

Anhand von Fortnite ist NVIDIA noch einmal auf die Vorteile von DLSS 2.0 eingegangen. Fortnite soll in Kürze ein Update für Raytracing-Effekte und DLSS erhalten.

Der Screenshotvergleich zeigt Fortnite einmal nativ in 4K gerendert und einmal mit DLSS 4K. Beides lief auf einer GeForce RTX 3080 mit Grafikeinstellungen auf Epic. Während das native Rendering also einerseits nur 28 FPS erreicht und mittels DLSS 4K 73 FPS möglich sind, kommt auch noch der Faktor der besseren Darstellung hinzu. So sind am Kai im Bereich der Schatten mehr Details sichtbar, als es für das native Rendering der Fall ist. Dies gilt auch für andere Bereich dieses Frames. NVIDIA will damit noch einmal die Überlegenheit des DLSS hinsichtlich der Darstellungsqualität darlegen. Hinzu kommt eben das Erreichen wesentlicher höherer FPS-Werte.

RTXGI

Bereits mit den RTX-Effekten führte NVIDIA ein Simulation der Global Illumination (GI), also das gesamten Beleuchtungssituation einer Szene, ein. Metro: Exodus setze dies bisher als Spiel wohl am besten um und auch wenn die Reflexions- und Spiegeleffekte in einigen anderen Spielen am meisten Aufmerksamkeit auf sich gezogen haben, hinsichtlich der Atmosphäre gewinnen die Spiele durch die Berechnung der GI per Raytracing sicherlich am meisten.

Aus diesem Grund rückt NVIDIA die GI-Berechnungen in den Fokus. Als RTXGI umgesetzt können Spieleentwickler natürlich von den Möglichkeiten der Hardwarebeschleunigung profitieren. Aber wir sollten zunächst noch einmal einen Schritt zurück machen. GI-Berechnungen sind bislang nicht dynamisch. Das heißt der Entwickler setzt für eine 3D-Umgebung sogenannte Probes, die angeben, wie viel Licht hier fallen darf oder nicht. Ein dynamischer Wechsel der Beleuchtungssituation (eine sich öffnende Tür lässt Licht in einen dunklen Raum) kann damit aber nicht wirklich erfasst werden. Dunkle Bereiche bleiben zu dunkel oder es kommt zum "Light Leaking", bei dem Bereiche heller sind, als sie eigentlich sein sollten.

Es gibt Techniken, welche die Problematik umgehen können – zumindest teilweise. VXGI (Voxel Global Illumination) ist eine der Techniken, SVOGI (Voxel-Based Global Illumination) stellt eine Weiterentwicklung dar. Aber die Dynamik eines Sonnenaufgangs oder andere Probleme können diese Techniken allesamt nicht verhindern.

Mit RTXGI will NVIDA nun eine Lösung gefunden haben, die einen Kompromiss aus zu hohen Anforderungen und dennoch einer realistischen Darstellung möglich macht. Dazu wird ein Raytracing auf Licht und Schatten angewendet und die Probes können eine gewisse Dynamik aufweisen, sodass auf Veränderungen in der Beleuchtungssituation reagiert werden kann.

Um eine Szene ausleuchten zu können sind typischerweise 250.000 bis 400.000 Samples pro Frame notwendig. Eine GeForce RTX 3080 soll die notwendigen Berechnungen in 0,5 ms erledigen können. Eine GeForce RTX 2080 schafft dies in 1 ms – mit Hinblick auf die Zeit für einen gesamten Frame ist dies noch immer recht wenig. Um einen bestimmten FPS-Wert halten zu können, sollten die Berechnungen nicht länger als 2 ms dauern.

NVIDIA geht für die Leistung von RTXGI in der Unreal Engine von einer Dauer von 1 ms aus. Eine GeForce RTX 1080 Ti kann dann etwa 150.000 Samples/Frame berechnen. Eine GeForce RTX 2060 Super schafft in etwa das Doppelte. Eine GeForce RTX 2080 Ti kommt auf 500.000 Samples pro Sekunde und die GeForce RTX 3080 auf fast 800.000.

Was uns NVIDIA damit mitteilen möchte ist, dass RTXGI kein Raytracing im klassischen Sinne ist und zwangsläufig eine starke RTX-GPU voraussetzt. Auch leistungsschwächere GPUs können die entsprechenden Berechnungen durchführen, die dann zu einer Verbesserung der Darstellungsqualität führen.

Am Beispiel einer Techdemo zeigt NVIDIA die Anwendung von RTXGI in der Unreal Engine 4.