Nvidia Physx: Grafikprozessoren übernehmen Physikberechnungen in Spielen

Am Anfang war die CPU, doch die war überlastet - zumindest, wenn es nach dem Willen von Addon-Chip-Herstellern ging. So wurden zunächst Aufgaben wie Soundberechnung und Grafikdarstellung auf eigene Steckkarten ausgelagert. Während erstere mittlerweile weitgehend wieder zurück in die CPU gewandert sind, haben sich die Texturtapezierer von einst zu programmierbaren Pixelschleudern gewandelt, die der CPU nun immer mehr Arbeit abnehmen wollen: Nicht nur Grafik, auch Physik und - geht es nach AMD - sogar KI-Routinen, sollen auf den mittlerweile flexibel programmierbaren und rechenstarken Grafikprozessoren ausgeführt werden. Physx-Erfinder Ageia wollte auch die CPU durch eigene Hardware von der Physikberechnung entlasten, die entsprechenden Physx-Karten verkauften sich jedoch nur mäßig, die Hardwareunterstützung in Spielen fiel bescheiden aus. Folgerichtig gibt es Ageia Physx nicht mehr als eigenständige Entität.



Nvidia Physx
Mit Nvidia Physx wollen die kalifornischen GPU-Designer jetzt Wert aus der Ageia-Übernahme Anfang dieses Jahres schöpfen. Zwar sind Treiber sowohl für Geforce als auch Physx weiterhin kostenlos, sollen aber im Verbund mit entsprechenden Geforce-Karten natürlich den Kaufanreiz erhöhen. Das Nvidia-Developer-Relations-Programm arbeitet bereits hart daran, dass auch Vollpreisspiele demnächst wieder vermehrt mit Physx-Unterstützung erscheinen.

In diesen kann der User dann per Control-Panel zwischen verschiedenen Physikbeschleunigungen wählen:
• Nvidia Physx auf der CPU - die klassische Variante
• Nvidia Physx auf der PPU - für diejenigen, die eine Ageia-Karte besitzen
• Nvidia Physx mit SLI-Gespannen
• Nvidia Physx auf der primären GPU
und derzeit noch im experimentellen Stadium
• Nvidia Physx auf der sekundären GPU

Während die ersten beiden Modi selbstverständlich auch Besitzern von Radeon-Karten weiterhin offenstehen, sind für die letzten drei Modi natürlich zwei Geforce-GPUs vonnöten. Diese können entweder während des normalen SLI-Betriebs die Physikberechnungen threadweise aufteilen oder Sie deaktivieren SLI im Treiber und weisen die Physikberechnungen explizit einer Karte zu.

Das Nvidia Physx Pack enthält aktuell folgende Bestandteile, die demnächst (momentan steht der Termin 12. August im Plan) zum freien Download angeboten werden:
• Geforce-Treiber 177.79 Beta
• Nvidia Physx-Treiber 8.07.18
• Unterstützung für folgende Spiele:

• Unreal Tournament 3 mit Mod-Pack
• Ghost Recon Advanced Warfighter 2 (GRAW2)
• Warmonger
• MKZ Online (Vorabversion)
• Nurien (early alpha)
sowie folgende Techdemos:
• Nvidia Fluid-Demo (neu)
• Nvidia Techdemo The Great Kulu

Bereits seit einiger Zeit wird im Rahmen der Technologie-Vorschau der zweite CPU-Test des 3DMark Vantage durch Physx auf der GPU beschleunigt.



Zu allen Techdemos und Spielen erwarten Sie Screenshots in unserer Bildergalerie - laut Nvidia handelt es sich, mit Ausnahme von UT3 und dem 3DMark Vantage natürlich, hierbei um eine Technologie-Vorschau, die nicht aus besondere Grafikpracht sondern auf den umfassenden Einsatz von Physikeffekten ausgelegt ist. Entsprechend sind besonders die Vorabversionen einiger Spiele optisch noch verbesserungsfähig.

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Enter Asynch-SLI
Der Clou - wenngleich aktuell noch nicht offiziell unterstützt - an Physx auf der sekundären GPU ist, dass es sich dabei nicht um dasselbe Modell handeln muss, wie die primäre Grafikkarte. Sofern es sich dabei um eine Geforce 8 oder neuer handelt, können Sie Ihre alte Geforce-Karte weiterhin als Physikbeschleuniger nutzen - zur Performance später mehr. Der Clou ist aber, dass es theoretisch möglich wäre, eine passende Geforce-Karte im Gespann mit jeder beliebigen anderen Grafikkarte als Physikprozessor zu nutzen: Stichwort Compute Device - dies dann auch unabhängig von Hersteller des Mainboard-Chipsatzes.

Da unter Vista an jede installierte Grafikkarte ein Monitor angeschlossen sein muss, damit das Betriebssystem den Treiber lädt und die Karte sich nutzen lässt, müssen Sie hier derzeit noch zu einer Krücke greifen: Schließen Sie einfach die zweite Karte an denselben Monitor an und erweitern Sie im Treiber- oder Vista-Panel den Desktop auf die sekundäre Karte. Dann können Sie diese auch zur Physikberechnung nutzen. Die Auswahl treffen Sie, wie beschrieben, über Nvidias Physx Control-Panel, welches sich im Startmenü installiert - hier können Sie wahlweise und ohne Neustart auch die Physikberechnungen wieder CPU oder Ageia-Physx-Karte zuweisen.

Compute Device
Eine Lösung, wie dieses Problem theoretisch gelöst werden kann, bietet Nvidia zurzeit in Form der HPC/GPGPU-Reihe Tesla an. Die dort angebotenen Prozessoren in Steckkartenform verfügen nicht über Displayausgänge, sondern werden von speziellen, CUDA-fähigen Treibern als Compute Device angesteuert. Mit dieser Methode könnte Nvidia auch Geforce-Karten zusammen mit beispielsweise einer Radeon als Physikbeschleuniger zulassen. Ob die Kalifornier einen solchen Treiber herausbringen ist allerdings nicht gewiss - würde man damit doch einen Teil des Nutzens durch Physx aufgeben.

Sollte Nvidia jedoch wirklich an einer weitverbreiteten Integration von GPU-ausführbarer Physik integriert sein, wären Sie gut beraten, diesen Weg bei technischer Machbarkeit einzuschlagen. Ansonsten wird es schwierig, die eigene Methode gegen Intels erstarkendes Havok oder CPU-basiertes Physx durchzusetzen.

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Leistungstests
Wir haben in ausgewählten Benchmarks eine GTX 260 mit jeweils einer Physx-PPU von Ageia, einer Geforce 8600 GT und einer Geforce 8800 GTS (G80-basiert) kombiniert. Zur besseren Vergleichbarkeit und um die Dinge in Perspektive zu stellen, haben sowohl auf der GTX260 als auch auf der Radeon HD 4870 die Tests im CPU-Modus durchgeführt.

Für Unreal Tournament 3 als echtes und verbreitetes Spiel haben wir uns dabei natürlich für realitätsnahe Settings entschieden und in 1.680x1.050 mit 4x FSAA und 16:1 AF getestet. Die Map Heat Ray ist auch in der Retail-Version - also ohne PhysX-Mod-Pack - des Spiels enthalten, während Tornado und Lighthouse speziell auf reine Physx-Performance hin entwickelt wurden.

Kommende Tests beinhalten den kommenden Second-Life-Konkurrenten Nurien von den koreanischen Entwicklern Mstar - hier wird Physikberechnung für eine Cloth-Simulation genutzt - sowie den 3DMark Vantage.


Wenn Sie sich nun wundern, warum die GTX260 allein schneller ist, als wenn Sie noch Unterstützung von einer anderen bekommt: Das liegt an der Art das Vantage'schen Physx-Test. Die Grafikberechnung ist extrem simpel gehalten, sodass die Grafikkarte fast nichts zu tun hat - entsprechend kann sie mit fast voller Kraft an der Physik rechnen.





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Bildergalerie UT3

Bildergalerie GRAW 2

Bildergalerie Warmonger

Bildergalerie Nuriem

Bildergalerie MKZ

Bildergalerie Techdemos The Great Kulu

Bildergalerie Techdemos Fluid


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Fazit
Nvidia Physx ist bislang eine Technology-Preview, das zeigen allein die verfügbaren Anwendungen. Andere CUDA-Projekte zeigen die prinzipielle Eignung der Geforce-Prozessoren für diese Art von Aufgaben. Allerdings sind die meisten anderen CUDA-Projekte auch nicht so zeitkritisch wie Physx - und die Geforce-Karten haben selten so komplexe Aufgaben nebenbei zu erledigen wie hier: Die Berechnung der Spielgrafik.

Mit steigender Leistungsfähigkeit der Grafikprozessoren sollte die Physik jedoch einen immer geringeren Teil des Arbeitsaufkommens ausmachen, da Physik nicht beliebig parallelisierbar ist und eben im Zweifelsfall noch von der CPU gestemmt werden muss.


Ob die Verbreitung von Nvidia Physx in Spielen nennenswerten Umfang erreicht, ist meiner Meinung nach an mehrere Voraussetzungen geknüpft:
• Sinnvoller Einsatz der Physikeffekte, die nicht dem Gameplay entgegenstehen wie die weißen Hagelkügelchen in UT3-Heatray_Physx, welche in einem Multiplayer-Shooter jeder Spieler sofort deaktivieren würde.
• Offener und unpolitischer Umgang mit der Technologie (Stichwort Compute Device) woraus der letzte Punkt folgt:
• Gemeinsame Unterstützung des Standards durch AMD und Nvidia

Vom Effekt, den extensiver Physx-Einsatz auf der CPU heute erzeugt, zeichnet folgender, spontaner Ausspruch eines Kollegen ein gutes Bild: "Das ist UT3 mit irgendwelcher ganz schlechten Hardware" (Er sah gerade UT3 Heatray_Physx mit CPU-Physx).

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