AMD RDNA 5: il Ray Tracing delle Radeon potrebbe cambiare radicalmente

AMD potrebbe introdurre uno dei cambiamenti più significativi nella propria implementazione del Ray Tracing dai tempi del debutto di RDNA 2. Alcune modifiche individuate nel codice di LLVM, il compilatore open source utilizzato anche per lo sviluppo software delle GPU Radeon, indicano infatti che l'architettura RDNA 5, identificata internamente come GFX13, abbandonerà il set di istruzioni dedicate all'intersezione dei raggi con le strutture BVH (Bounding Volume Hierarchy) usato dalle precedenti generazioni.

L'indizio è emerso da un aggiornamento integrato in LLVM dall'ingegnere di AMD Matt Arsenault. La modifica separa il supporto dell'istruzione image_msaa_load da quello relativo alle istruzioni BVH e conferma che GFX13 continuerà a supportare la prima funzionalità, ma non le attuali istruzioni dedicate al Ray Tracing.

In particolare, le istruzioni image_bvh_intersect_ray e image_bvh64_intersect_ray, comprese le rispettive varianti A16, risultano non più compatibili con la nuova architettura. LLVM restituisce infatti il messaggio "instruction not supported on this GPU", ovvero "istruzione non supportata su questa GPU". Anche altre operazioni introdotte nelle ultime generazioni, come IMAGE_BVH8_INTERSECT_RAY, IMAGE_BVH_DUAL_INTERSECT_RAY e le istruzioni utilizzate per la gestione dello stack BVH nella memoria LDS, non risultano più disponibili.

Questo non significa che le future GPU Radeon perderanno l'accelerazione hardware per il Ray Tracing. Al contrario, gli indizi sembrano indicare una revisione sostanziale del funzionamento interno della pipeline.

Nelle GPU RDNA 4 gli attuali Ray Accelerator sono già unità dedicate al calcolo delle intersezioni tra raggi e geometria, ma il controllo dell'attraversamento della struttura BVH rimane affidato agli shader SIMD32. Lo shader seleziona il nodo della gerarchia da elaborare, invia l'istruzione al Ray Accelerator, riceve il risultato delle intersezioni e decide successivamente quale nodo elaborare. Questo processo richiede continui scambi di dati tra Ray Accelerator, registri VGPR e memoria locale.

Con RDNA 5 AMD potrebbe invece trasferire l'intero processo di ray traversal a un blocco hardware dedicato. In questo scenario sarebbero i nuovi Radiance Cores a gestire autonomamente l'attraversamento della gerarchia BVH, occupandosi della navigazione tra i nodi e restituendo allo shader soltanto il risultato finale delle intersezioni. Gli shader SIMD32 potrebbero così concentrarsi maggiormente sulle operazioni di shading, illuminazione e gestione dei materiali, riducendo al tempo stesso il traffico verso registri e memoria.

Questa ipotesi è coerente con quanto mostrato da AMD e Sony nell'ambito di Project Amethyst, iniziativa congiunta che punta a sviluppare nuove tecnologie per la grafica e il machine learning. In quell'occasione AMD aveva presentato i Radiance Cores come hardware in grado di assumere il controllo completo del processo di Ray Traversal. Anche alcuni brevetti attribuiti a Mark Cerny descrivono un'unità dedicata capace di amministrare autonomamente il proprio stack, operare in maniera asincrona, attraversare le strutture TLAS e BLAS, trasformare i raggi tra differenti sistemi di coordinate e ordinare le intersezioni prima di restituirle agli shader.

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A questa evoluzione potrebbero affiancarsi ulteriori tecnologie già associate al progetto, come Dense Geometry Format, le displaced micro-mesh e la Bounding Prism Hierarchy, tutte pensate per migliorare l'efficienza nella gestione della geometria, ridurre gli accessi alla memoria e consentire il rendering di scene sempre più complesse.

Al momento LLVM non rivela quali saranno le nuove istruzioni dedicate al Ray Tracing introdotte con GFX13. È possibile che AMD le mantenga ancora in rami di sviluppo privati del compilatore. L'eliminazione del set di istruzioni impiegato fin da RDNA 2 rappresenta comunque un segnale significativo: la prossima generazione di GPU Radeon potrebbe adottare un'architettura per il Ray Tracing maggiormente basata su hardware dedicato, avvicinandosi sotto questo profilo all'approccio seguito da NVIDIA con gli RT Core.