64 Bit sind gefordert
Sie wollten schon immer einmal wissen, wie die Farben in Computerspielen zusammengemischt werden? Unser Hintergrundartikel klärt Sie auf.
64 Bit sind gefordert
VORREITER Nvidia will zukünftigen Chips die Möglichkeit spendieren, 3D-Berechnungen intern mit 64 Bit durchzuführen.
Eigentlich sollten die vielen verschiedenen Farbwerte des 32-Bit-Renderings ausreichen, um exakte Berechnungen durchführen zu können. Dies ist heute durchaus der Fall, aktuelle Spiele zeigen mit aktiviertem 32-Bit-Rendering keine sichtbaren Berechnungsfehler. Dennoch verlangen prominente Spieleentwickler wie John Carmack (id software) schon jetzt mehr Genauigkeit für ihre nächsten Projekte. Problematisch wird die auf 32 Bit beschränkte interne Farbtiefe, sobald sehr viele farbenprächtige 32-Bit-Texturen mit in die Berechnung einfließen sollen. Bei jeder Kombination zweier 32-Bit-Texturen gehen Informationen verloren, es schleichen sich Rundungsfehler ein. Zusammen mit den neuen programmierbaren Effektmöglichkeiten in DirectX 8 können solche Rundungsfehler schwer wiegende Folgen haben und sich im Verlaufe der Berechnung aufschaukeln. Das Resultat dieser aufsummierten Fehler wären falsche Farbdarstellungen im Endbild, speziell bei sehr grellen Lichteffekten. 64-Bit-Rendering, auch als "Overbright-Lighting" bekannt, gilt als Gegenmittel für dieses Fehlersymptom. Der Ruf nach 64-Bit-Rendering wird nicht ungehört verhallen, eine Sprecherin des Chiphauses Nvidia ließ bereits erkennen, dass künftige Grafikchips dieses Feature bieten werden. Auf einen genauen Zeitpunkt wollte sie sich jedoch nicht festlegen lassen.
Innereien
Intern, also innerhalb der 3D-Pipeline des Chips, lässt sich die Berechungsgenauigkeit relativ problemlos unter Beanspruchung zusätzlicher Siliziumfläche erhöhen. Problematischer wird es, wenn die Daten auch beim Zugriff auf den Grafikkartenspeicher mit 64 Bit Farbgenauigkeit gespeichert werden sollen. Bereits heute zeigen selbst schnelle 3D-Renner Leistungsverluste, sobald die Bildpunkte in den Rendering-Schritten nicht auf 16 Bit heruntergerechnet werden (Dithering). Wird 64-Bit- statt 32-Bit-Rendering bis zum Grafikkartenspeicher genutzt, halbiert sich die Frame-Rate entsprechend.
Halbe Positionsgenauigkeit
Zu beachten sind beim Thema Rendering-Genauigkeit auch die Tiefenspeicher (Z-Buffer). Wird 16-Bit-Rendering statt 32-Bit-Rendering verwendet, so werden auch die Tiefeninformationen der Pixel mit halber Genauigkeit abgelegt. Speziell bei weit entfernten Dreiecken kann dies zu falschen Verdeckungsberechnungen führen. Im Spiel erkennen Sie dies beispielsweise an schwarzen Spalten zwischen den Dreiecken oder an flackernden Texturen. Einen klugen Ansatz liefert Ati mit dem Radeon-Baustein. Die 32-bittigen Tiefenwerte werden verlustfrei komprimiert gespeichert und bei Bedarf in Echtzeit von der Hardware wieder decodiert (HyperZ-Technologie). Dies spart Datenverkehr, ohne die Nachteile der geringeren Genauigkeit in Kauf nehmen zu müssen.
GESCHICKT EINGEFÄDELT Chips wie der Radeon komprimieren einfach die Tiefenwerte von Bildpunkten – das spart Speicherbandbreite und sorgt für höhere Bildwiederholraten bei aufwendigen Spielen.
Engpass ausmessen
Die Speicherbandbreite, die bei bestimmten Bitgrößen auftritt, lässt sich annäherungsweise berechnen. Die Kapazität, welche auf den Straßen zu den Speicherbausteinen zur Verfügung steht, muss für alle Zugriffe des Grafikchips geteilt werden (Unified). Aktuelle Grafikchips können auf 128 Speicherstraßen (= 128 Bit) mit bis zu 230 MHz auf den Speicher zugreifen (GeForce2 Ultra) und pro Takt zwei Datenpakete übertragen (DDR). Damit lassen sich pro Sekunde im Idealfall bis zu 7,3 Gigabyte an Daten transportieren (128/8*230*2). Diese 7 GB/s werden vom Chip für Zugriffe auf die Texturen, den Tiefenspeicher der Pixel, die Dreiecksdaten sowie den Bildspeicher genutzt.
ZUSATZBELASTUNG Glanzlichter erfordern weitere Rendering-Passes und bremsen die 3D-Berechnungen aus.
