PowerVR Wizard porta il rendering in ray tracing via hardware su mobile

Il ray tracing è una tecnica di rendering che si basa sulla simulazione fisica dei vari raggi di luce che "rimbalzano" sulle varie superfici che compongono la scena. Si tratta di un tipo di rendering estremamente diffuso nei film o nella creazione di scene statiche, ma che ha trovato serie difficoltà a diffondersi nel settore videoludico per via di una complessità computazionale di certo non irrisoria.

Imagination Technology ha tuttavia mostrato martedì al GDC una nuova GPU mobile in grado di processare in hardware un sistema di illuminazione in ray tracing. PowerVR Wizard GR6500 si basa sull'architettura Rogue già esistente (la stessa presente sulle GPU di iPhone ed iPad di ultima generazione) e da oggi inizia la distribuzione delle licenze per l'uso. Questo significa che i diversi produttori saranno in grado di commercializzare i primi SoC con la nuova GPU a partire da circa un anno da adesso.

Il produttore ha specificato che GR6500 si "adatterà comodamente" all'interno di SoC prodotti a 28nm e potrebbe essere integrato all'interno di tablet o smartphone di fascia alta. È prevedibile che Imagination svilupperà ulteriormente il chip, in modo da realizzarne anche versioni meno onerose in termini energetici da applicare su tipologie di dispositivi differenti. La società non ha definito quanto la nuova GPU sia più grande e costosa rispetto alla stessa basata su architettura Rogue, ma ha fatto intendere che le differenze non sono sostanziali.

Nell'immagine possiamo vedere le nuove unità per il rendering in ray tracing evidenziate con il colore blu. L'unità principale per la gestione del rendering in ray tracing è la PowerVT Ray Tracing Unit (RTU) che calcola i dati dei raggi e le loro intersezioni. A questo punto l'unità Ray Data Master passa i dati all'hardware per la rasterizzazione, in modo risolvere in pixel i dati presenti sulla RTU.

Quest'ultima è un'unità indipendente all'interno di GR6500, e sulla carta potrebbe permettere di processare la parte in ray tracing senza avere un impatto sensibile sulle performance di rasterizzazione degli elementi tradizionali. In realtà è ragionevole aspettarsi una sorta di compromesso dal punto di vista prestazionale, dal momento che la RTU consumerà una parte della bandwidth di memoria.

Secondo quanto specificato dalla società, i singoli raggi di luce vengono trattati da Wizard come se fossero query di un database e, in base al risultato di una query, la GPU può creare raggi addizionali da gestire. Imagination sostiene che la propria tecnologia è circa 100 volte più efficiente rispetto all'esecuzione di una scena in ray tracing tramite le sole tecniche di GPGPU.

Dal punto di vista delle performance, PowerVR GR6500 utilizza 4 USC (Unified Shader Cluster), per un totale di 128 ALU core. A 600MHz, la GPU permette di superare un throughput di 150GFLOPS. Per quanto riguarda il ray tracing, la nuova GPU è in grado di processare 300 milioni di raggi e 100 milioni di triangoli dinamici al secondo, alla stessa frequenza operativa citata.

Se avessimo un solo raggio per pixel, la GPU sarebbe in grado di renderizzare un'immagine da 5 megapixel a 60fps. Tuttavia, in condizioni naturali sono necessari molti più raggi per ottenere un risultato realistico: James McCombe di Imagination Technologies ha specificato che per i film vengono utilizzati dai 16 ai 32 raggi per pixel, mentre PowerVR Wizard riesce a generare una media di 7-10 raggi per pixel alla risoluzione 720p a 30fps, che diventano 3-5 a 1080p.

È pertanto evidente come Imagination Technologies non stia pensando ad una transizione completa all'uso esclusivo di techiche di ray tracing, ma stia considerando un approccio ibrido, come ormai presente da tempo in molti videogiochi. Questi utilizzano una tecnica di rendering chiamata deferred shading, che rende più efficiente l'uso di un sistema di illuminazione proveniente da più sorgenti, generando ombre dinamiche.

Integrando le tecniche di ray tracing alle già diffuse di deferred shading, McCombe sostiene che è possibile ridurre la complessità di una scena e produrre al tempo stesso immagini di qualità più elevata. Imagination Technologies ha già operato alcuni accordi con Unity Technologies in modo che le novità di Wizard vengano implementate sui motori grafici e, nello specifico, sul celebre Unity Engine.