Microsoft DXR 2.0: Next-Gen-Raytracing soll GPUs stark entlasten

Microsoft hat endlich eine zweite Funktionsspezifikation für DirectX Raytracing der zweiten Generation alias DXR 2.0 auf GitHub veröffentlicht. Diese beschreibt, wie das Raytracing der Zukunft unter DirectX aussehen soll, welche Ziele verfolgt werden und was die Technologie unter der Haube zu leisten imstande sein soll. In erster Linie soll DXR damit für die bereits eingeläutete ML-/KI-Ära fit gemacht werden und das unliebsame Shader-Stottern soll verschwinden. Das "Kompilierungselend", das insbesondere den Gaming-PC betrifft, soll endgültig Vergangenheit sein.

In der ursprünglichen Funktionsspezifikation beschrieb Microsoft die RT-Pipeline von der Erzeugung der Ray-Shader über das Scheduling und die Beschleunigungsstruktur bis hin zum Shading des eigentlichen Spiels. Dieses Mal hat das Unternehmen aus Redmond noch tiefere Einsichten in die Bereiche wie Clustered Geometry ("CG"), partitionierte Top-Level Acceleration Structures ("TLAS") sowie die indirekte Operationen für Beschleunigungsstrukturen gewährt. Mit DXR 2.0 wird dementsprechend an der nächste Raytracing-Stufe gearbeitet.

Quelle: Microsoft Zunächst führt Microsoft nicht zuletzt auch im Hinblick auf das Project Helix das Konzept der geclusterten Geometrie ("Clustered Geometry") ein. Zum Verständnis: Die grundlegenden Grafikelemente sind Dreiecke, die elementaren Bausteine der heutigen 3D-Spielwelten. Die DXR Clustered Geometry behandelt jedoch Gruppen von nahe beieinander liegenden Dreiecken als gemeinsame oder multiple Bausteine.

Dies ermöglicht es der GPU, Geometrien en masse zu erstellen, zu bewegen und zu instanziieren. Anstatt dies separat mit mehreren Aufrufen für einzelne Dreiecke zu erledigen, wird die Aufgabe der GPU zukünftig erheblich vereinfacht. — Microsoft

Microsoft DXR definiert sogar kompakte Vertex-Codierungen und vordefinierte Vorlagenformate, um sicherzustellen, dass der Grafikspeicher und die Bandbreite für diese Massenvorgänge ausreichen. Infolgedessen muss die GPU vorhandene Geometrien nicht wiederholt aktualisieren oder duplizieren.

DXR hilft dabei, Vegetation, Menschenmengen und Spielobjekte einmalig zu rendern, sodass sie leicht verschoben werden können. Dies wiederum reduziert die Last für die GPU deutlich und verbessert entsprechend die Performance von Raytracing in Spielen spürbar. — Microsoft

Die deutlich stärkere Verzahnung von DirectX und ML/KI durch die Cooperative Vectors im Shader Model 6.9, welches bereits im Agility SDK 1.619 verfügbar ist, ermöglicht Microsoft und seinen Hardware-Partnern entsprechend Verfahren wie Neural Texture Compression ("NTC") und Neural Radiance Caching ("NRR"). Es ist davon auszugehen, dass die Next-Gen-Spielkonsolen, welche auf Custom-Silicon basieren und voraussichtlich AMDs Zen 6(c) und RDNA 5 nutzen werden, einen vergleichbaren Funktionsumfang bieten wie Nvidias DLSS 5. Auch die neuen Spielkonsolen werden Neural Rendering zum Einsatz bringen. Dies wurde schlussendlich mit dem Project Helix von Microsoft offiziell bestätigt.

Quelle: Microsoft Eine neue Funktion namens "Partitioned TLAS" folgt demselben Ansatz der Modularität und Skalierbarkeit, wendet diesen jedoch auf die Spielszenerie an. Sie unterteilt den Top-Level-Szenengraph in kleinere Partitionen, welche die GPU nun unabhängig voneinander verschieben, in ihrer Größe anpassen oder mit neuen Raytracing-Elementen aktualisieren kann. Da Microsoft beabsichtigt, seine Spielkonsole und den Windows-PC zu fusionieren, profieriten alle Spieler.

Quelle: Microsoft In Open-World-Spielen verbraucht das wiederholte Rendern jeder per Raytracing berechneten Szene beispielsweise viel Rechenzeit der GPU, was die Performance erheblich beeinträchtigt. Durch eine Partitionierung der Spielumgebung in mehrere Blöcke kann die GPU jedoch gezielt nur die notwendigen Elemente berechnen, statt gesamte Spielszenen erneut zu verarbeiten. Auch das spiegelt die Philosophie der dynamischen Inhalte wider, die Microsoft mit DXR weiter vorantreiben möchte.

Eine weitere neue Funktion von DXR sind die indirekte Operationen für Beschleunigungsstrukturen, die sogenannten Indirect Acceleration Structure Operations ("IASO"). Diese Funktion umgeht bestimmte CPU-Funktionalitäten und ermöglicht es, Operationen direkt auf der GPU auszuführen. Dazu gehören API-Aufrufe für das Erstellen, Komprimieren, Verschieben und Instanziieren von Vorlagen, die nun von der zentralen Steuerung der GPU anstatt von der CPU verwaltet werden können.

Bisher laufen viele API-Aufrufe in DirectX 12 zur Verarbeitung über die CPU, wodurch der Grafikprozessor oft warten muss, bis die CPU sämtliche ihre Aufgaben abgeschlossen hat. — Microsoft

Mit den neuen indirekten Operationen verlagert DirectX 12 Raytracing einen Großteil seiner CPU-gebundenen Pipeline auf GPU-gesteuerte Workloads. Dies reduziert die gesamte Systemlatenz, steigert die Raytracing-Performance und erhöht die Datenparallelität bei der Verarbeitung komplexer Szenen.

Project Helix und RDNA 5 lassen grüßen

Es kommt nicht von ungefähr, dass Microsoft mit DirectStorage 1.4 und DRX 2.0 sowie weiteren Features wie Advanced Shader Delivery, die vorkompilierte Shader vorladen und damit lästige Ruckler beseitigen sollen, gerade jetzt ins Schaufenster stellt. Sämtliche Neuerungen sollen bereits jetzt eine Vorschau auf das geben, was spätestens mit der nächste Xbox ("Project Helix") auf Basis von RDNA 5 ("GFX13") umgesetzt werden soll. Im Fokus stehen dabei Raytracing, Pathtracing, Neural Rendering und eine Erfahrung, wie auf einer klassischen Spielkonsole.

Weitere Informationen liefert der Beitrag der Entwickler auf GitHub.

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Quelle: Microsoft via TechPowerUp

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