Grafikkarten

NVIDIA macht die GeForce RTX 2080 Ti, RTX 2080 und RTX 2070 offiziell

Nachdem nun schon vorab nahezu alle Details der neuen GeForce-Generation auf Basis der Turing-Architektur bekannt waren, hat NVIDIA im Rahmen eines Gaming-Celebration-Events die neuem Karten offiziell enthüllt. Zu Beginn der Veranstaltung verwies NVIDIA noch einmal auf die Entwicklungsschritte der letzten Jahrzehnte – von zwei mittels einer Linie verbundenen Pixel bis hin zu den Grafik-Engines, die wir von vielen AAA-Titeln kennen.

Für CEO und Gründer Jen-Hsun Huang ist das Ray Tracing einer der wichtigsten Entwicklungsschritte der vergangenen Jahre. Der Heilige Gral der Grafiktechnik soll die Beleuchtung von Objekten auf ein neues Level heben. Beim Ray Tracing geht es darum, das Verhalten von so vielen Lichtstrahlen wie möglich zu simulieren. Reflektionen, Streuung, Schatten, Absorption und (halb)transparente Materialien sind nur einige wenige Begriffe, welche die Mechanik beschreiben, die durch Ray Tracing nachgebildet wird.

Vor 20 Jahren war ein Supercomputer notwendig, um ein Bild mit 512 x 512 Pixel per Ray Tracing zu berechnen. Mehrere PFLOPS an Rechenleistung wären heutzutage notwendig, um ein Ray Tracing auf eine komplette Szene anzuwenden. Es würde noch zehn Jahre dauern, um beim aktuellen Entwicklungstempo bei den GPUs auf diese Rechenleistung zu kommen. Aus diesen Grund hat NVIDIA RTX als Softwareschnittstelle entwickelt, die klassische Rasterization und Ray Tracing zusammenbringt.

NVIDIA nennt dies RTX Hybrid Rendering. Es handelt sich um eine Kombination mit klassischer Rasterization für die Darstellung der Objekte, bei der die Beleuchtung jedes mal neu berechnet werden muss. Global Illumination ist ein Hilfsmittel, welches über verschiedene Tricks bisher dafür gesorgt hat, die Berechnung der Beleuchtung möglichst realistisch aussehen zu lassen.

Per Ray Tracing werden nur die Lichtstrahlen berechnet, die unser Augen treffen. NVIDIA verwendet Deep-Learning-Netzwerke und trainiert den Treiber bzw. die entsprechende Softwareschnittstelle mit Daten aus der Cloud. Somit wird auch ein heute eigentlich noch unmögliches Ray Tracing doch möglich gemacht.

Turing als Architektur und Hardware

Tausende Ingenieure waren jeweils hunderte Stunden an der Entwicklung der Turing-Architektur beteiligt. Insgesamt hat NVIDIA daran zehn Jahre gearbeitet. Laut NVIDIA ist dies der größte technologische Sprung seit der Einführung der CUDA-Cores, die wir immer als Shadereinheiten bezeichnen.

Die für das Ray Tracing wichtigsten technischen Daten sind lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• 14 TFLOPS (Fließkomma-Berechnungen)
• 14 TIPS (Integer-Berechnungen)
• RT Cores mit 10 Gigarays pro Sekunde (eine GeForce GTX 1080 Ti macht 1,21 Gigarays pro Sekunde)

Dies stellt die Rechenleistung dar, die für den von NVIDIA aktuell gewählten Ansatz notwendig ist. Mit Hardware auf Basis der Pascal- und Volta-Architektur wären solche Berechnungen nicht möglich gewesen. NVIDIA gibt einige Daten für die Berechnung der Star-Wars-Demo an:

Mit der Turing-Architektur ändert NVIDIA auch das Verhalten der GPU beim Aufbau und der Berechnung eines Frames. Neben dem klassisches INT32- und FP32-Shading kommen nun auch Ray Tracing und DNN-Berechnungen (Deep Neural Network) zum Einsatz. Für eine GeForce RTX 2080 Ti kommt NVIDIA damit auf eine kombinierte Rechenleistung von 78 TRTX-OPS (Tera-RTX-Operationen). Eine NVIDIA Titan X soll auf nur 12 TRTX-OPS kommen.

Dabei muss NVIDIA verschiedene Schedular für die verschiedenen Berechnungen anwenden, um alle Bereiche der GPU auch möglichst optimal auszunutzen. Im Rahmen einer tiefergehenden Präsentation der Turing-Architektur erwarten wir uns hier weitere Erkenntnisse.

Den Tensor Cores kommt ebenfalls eine Bedeutung zu. Diese spielen für das Ray Tracing ebenfalls eine Rolle, denn die Inferencing-Leistung der Tensor Cores kann über einen Deep-Learning-Algorithmus für das Entfernen des Rauschens verwendet werden. Die Berechnung von mehreren tausend oder sogar Millionen Light Rays benötigt selbst auf moderner Hardware ihre Zeit. Die noch ausstehenden Bereiche der Berechnung werden durch ein Rauschen dargestellt. Da der Renderer aber nicht weiß, welche Objekte einer Szene am wichtigsten sind, berechnet er die Rays einfach in einer für ihn logischen Reihenfolge. Um die Wartezeit auf das fertige Bild zu reduzieren und das Rauschen schneller entfernen zu können, errechnen Deep-Learning-Algorithmen die wichtigen Bereiche des Bildes und berechnen diese schneller.

Die dritte Komponente sind die neuen RT Cores. Diese können sowohl sogenannte Ray-Triangle Intersection, als auch eine Bounding Volume Hierarchy (BVH) berechnen. Die BVH besteht aus einer Baumstruktur, in der die geometrischen Objekte eingeordnet werden. Anhand diesen Zuordnungen kann eine Kollisionserkennung bzw. ein Ray Tracing stattfinden. Bis zu 10 Gigarays pro Sekunde sollen die 576 RT Cores der Turing-Architektur berechnen können.

Berechnungen werden teilweise in der Cloud ausgeführt

Trotz aller Shader, Tensor und RT Cores kann NVIDIA auch mit der Turing-Hardware noch nicht eine vollständige Berechnung mit Ray Tracing ausführen. Das Denoising über die Tensor Cores haben wir bereits angesprochen, doch möglich wird das Entrauschen erst über ein Neural Graphics Framework. Das NVIDIA NGX trainiert verschiedene Bildprozesse auf Deep-Learning-Netzwerken und sendet die Ergebnisse an den Treiber der Grafikkarte.

Unter anderem macht dies neue Anti-Aliasing-Modi möglich. Statt eines TAA auf 4K kann nun ein DLSS (Deep Learning Super Sampling) angewendet werden. NVIDIA nutzt natürlich die eigene Hardware in Form der DGX-Server, um auf mehreren hundert oder gar tausenden Tesla V100 das Training der Deep-Learning-Netzwerke vorzunehmen. Das Inferencing findet dann auf der Turing-Hardware im Gaming-Rechner statt und wird durch die Tensor Cores unterstützt.

All die Hardware der neuen Karten nützt allerdings wenig, wenn es in den kommenden Wochen und Monaten nicht auch einige Spiele gibt, welche die neuen Funktionen unterstützen. Folgende Titel werden die Unterstützung für ein Echtzeit-Ray-Tracing enthalten:

• Assetto Corsa Competizione
• Atomic Heart
• Battlefield V
• Control
• Enlisted
• Justice
• JX3
• MechWarrior 5: Mercenaries
• Metro Exodus
• ProjectDH
• Shadow of the Tomb Raider

Das Deep Learning Super Sampling soll von folgenden Spielen unterstützt werden:

• Ark: Survival Evolved
• Atomic Heart
• Dauntless
• Final Fantasy XV
• Fractured Lands
• Hitman 2
• Islands of Nyne
• Justice
• JX3
• Mechwarrior 5: Mercenaries
• PlayerUnknown’s Battlegrounds
• Remnant: From the Ashes 
• Serious Sam 4: Planet Badass
• Shadow of the Tomb Raider
• The Forge Arena
• We Happy Few

GeForce RTX 2080 Ti, RTX 2080 und RTX 2070

Die GeForce RTX 2080 Ti ist in gewisser Weise das Titan-Modell der GeForce-RTX-20-Serie. Sie kommt mit 4.352 Shadereinheiten daher. Der Basistakt liegt bei 1.350 MHz, per Boost sollen bis zu 1.635 MHz möglich sein. Der Speicherausbau fällt in der Kapazität mit 11 GB identisch zur GeForce GTX 1080 Ti aus, allerdings verwendet NVIDIA bei der GeForce-RTX-20-Serie GDDR6-Speicher. Durch das noch immer 352 Bit breite Speicherinterface erreicht NVIDIA eine Speicherbandbreite von 616 GB/s. Der Preis ist mit 1.259 Euro natürlich eine Hausnummer und erreicht ein Niveau, welches wir bisher nur von den Titan-Varianten kennen.

Die "Mittelklasse" der GeForce-RTX-20-Serie wird die GeForce RTX 2080. Sie kommt auf 2.944 Shadereinheiten, die mit bis zu 1.800 MHz arbeiten können. Der Grafikspeicher ist mit 8 GB bemessen und kommt auf eine Speicherbandbreite von 448 GB/s. Der Preis der GeForce RTX 2080 Founders Edition liegt bei 849 Euro.

Der Einstieg in der die GeForce-RTX-20-Serie beginnt mit der GeForce RTX 2070. Hier kommen 2.304 Shadereinheiten zum Einsatz. Diese arbeiten im Basistakt mit 1.410 MHz und kommen per Boost auf 1.710 MHz. Der Ausbau des Grafikspeichers ist mit 8 GB identisch zum größeren Modell. Dies gilt auch für die Breite des Speicherinterfaces und damit die Speicherbandbreite. Bei einem Preis von 639 Euro kann hier natürlich nicht mehr von einer Einsteigerkarte die Rede sein.

An Anschlüssen sehen die Karten dreimal DisplayPort 1.4, einmal HDMI 2.0a und noch einmal VirtualLink vor.

Preise und Verfügbarkeit

Die Founders Editionen der GeForce RTX 2080 Ti, RTX 2080 und RTX 2070 werden direkt von NVIDIA erhältlich sein. Ab heute ist eine Vorbestellung möglich, die Auslieferung beginnt ab dem 20. September. Die GeForce RTX 2070 wird erst etwas später verfügbar sein. Die Preise liegen bei 1.259 Euro für die GeForce RTX 2080 Ti, 849 Euro für die GeForce RTX 2080 und 639 Euro für die GeForce RTX 2070.

Kein Wort verloren hat NVIDIA über die Partnerkarten.

Der Hardware folgt die Software

Wir hatten uns vor wenigen Tagen zur Ausrichtung von NVIDIA auf das Ray Tracing geäußert. Spätestens mit der Ankündigung von NVIDIAs RTX-Schnittstelle und der Kompatibilität zu Microsofts DXR-API für Ray Tracing ist klar, wohin die Reise mit der Turing-Generation der GeForce-Karten gehen wird.

Mit den Workstation-Karten der Quadro-RTX-Serie sowie den darin enthaltenen Anpassungen der Architektur hat NVIDIA die Weichen nun auch in Sachen Hardware gestellt. Die GeForce-20-Serie bringt diese Technik an den Endkunden. Doch nun darf man sich die Frage stellen, wie es um kompatible Spiele bestellt ist.

NVIDIA präsentierte auf dem Event einige Titel. Dazu gehörten Shadow of the Tomb Raider, Metro Exodus, Assetto Corsa und Battlefield V.