Nvidiaの次世代GPUアーキテクチャ「Turing」

NVIDIAがレンダリングパイプラインを根底から変革する新GPU「Turing」を発表
https://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/kaigai/1138078.html

すでにいくつかのPC関連情報サイトで紹介と解説が行われている、Nvidiaの新しいGPUアーキテクチャ「Turing」。

既存の解説がちょっとわかりにくいので整理すると、要点は二つ。

一つは「リアルタイムレイトレーシング」用のハードウェア、「RTコア」が実装されたことだ。


レイトレーシングという言葉自体はかなり古くからあり、私は少なくとも30年前には知っていたが、WindowsがOSの主流になってからは一般にあまり話題にならなかったので、今回初めて知ったという人も居ると思う。(30年前はパソコンでレイトレというだけでかなりすごい事だったので一般のパソコン雑誌でも話題になった)

そのレイトレーシングがどういうものか一言で説明すると、“あらゆる光の反射を計算して画面表示に反映させる技術”である。

現実の世界では、人間の目に入ってくる光は複雑な反射を経ていて、これが網膜に刺激を与えて脳で“風景”として認識する。一方コンピュータのディスプレイを見ている人間の目には、平面であるディスプレイ画面からの光しか入ってこない。従ってのっぺりとした画像しか普通は認識できない。

この場合画面に表示される画像に対しあらかじめ光の反射を計算した結果を表示すれば、現実に近い風景画像として映す事が可能になるが、従来の３Ｄ画像は光源を指定して単純な光の反射を再現(シェーディング)しているだけだった。
簡単に言うと光源から出た光を対象の面に当てて反射した光のみを計算して、ディスプレイの枠内に入る光を表現しているだけなのだ。（色々誤魔化しのテクニックでそれっぽい反射、例えば影や水面などを再現してはいるが）

だから複雑な３次元の面にあらゆる方向からの反射を反映していないわけで、立体を表現していてもどこかアニメっぽい平面的な印象を受けてしまう。


一方でレイトレーシングでは空間内のあらゆる面に対し、光の強さ(減衰も含む)・波長(色)・方向の全てについてどのように反射しているか計算する。現実と比べてはるかに情報量の少ない3DCGモデルでもまともに計算すると膨大な計算量になるため、限られた計算能力でなんとかそれっぽく見えるように、必要最小限の計算になるよう端折っていると思われるが。

かつて私がNECの8bitパソコンで、雑誌の付録に付いていたプログラムを打ち込んでレイトレーシングの計算を試した時、320x200の解像度の画面で鏡面の単純な球と円錐が白黒チェック模様の床面上に浮いているモデルだったが、それでも数時間の計算を要したように思う。
ここまで単純なモデルならば今時のパソコンのCPUでもリアルタイムで計算出来るかもしれないが、現在の3DCGの精度でしかも動くモノをリアルタイムにレイトレーシングするのは大変な量の計算になるため、今回NvidiaのGPUアーキテクチャにレイトレーシングのハードウェアアクセラレーションが盛り込まれた事は歴史的な転換であると私は思う。


そして二つ目はAI専用のコア(Tensorコア)が追加された事だ。
AIとはいえ推論に特化したものだが、これもリアルタイムレイトレーシングに使われるという。
まあ恐らく計算を端折るために利用するのだろう。

当然推論が必要な他の利用方法もあると思うが、私はAIについて無知なのでどんな利用方法があるかなどわからない。

ただ、今までは汎用の浮動小数点演算器を利用してソフトウェアで推論の演算をしていたものが、ハードウェアで実装された意味は大きい。計算速度と消費電力でかなりのメリットがあるからだ。



というわけでこれまでのGPUには無い新たなハードウェアの機能が実装された“Turing”。

色々詰め込んだおかげなのか、ダイサイズも754m㎡と前世代Pascalで最大の471m㎡と比べ1.6倍の面積と巨大化している。

ダイサイズは製品価格に大きな影響があるため、これを搭載した「GeForce RTX 2080 Ti」の価格はどれほどになるかと思ったが、続報で判明した価格は999ドルと非常に安い。ワンランク下がって「GeForce RTX 2080」だと699ドルと、十万円を切るから驚きだ。

新アーキテクチャの第一世代という事でまだ未知数な部分はあるが、それでもAMDのRadeonとはまた大きく差が付いたと思う。

後付ビデオカードではAMDのNvidiaの二強になって久しいが、近年目立つNvidiaの独走がより鮮明になる事は間違いない。



参考：

「CUDA以来の大きな飛躍」。NVIDIAが新GPUアーキテクチャ「Turing」を発表
https://news.mynavi.jp/article/20180817-680351/

CG界の聖杯「リアルタイムレイトレーシング」に手をかけたGeForce RTX 20シリーズを理解する【前編】
http://ascii.jp/elem/000/001/729/1729762/

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http://ascii.jp/elem/000/001/728/1728525/