GPU技術龍頭Nvidia執行長黃仁勳在SIGGRAPH 2018,正式發表了世界第一款具備光線追蹤運算力的GPU顯示卡Quadro RTX。(攝影/王宏仁)

全球最大的電腦圖學和互動技術大會SIGGRAPH 2018年度大會今年三度在溫哥華舉行,GPU技術龍頭Nvidia執行長黃仁勳,在SIGGRAPH第二天也舉辦了一場新產品和技術發表會,正式發表了Nvidia第8代新GPU架構Turing(圖靈),也推出了採用此架構的第一款具備光線追蹤運算力的GPU顯示卡Quadro RTX和伺服器Quadro RTX Server。

黃仁勳強調,RTX GPU是世界第一款光線追蹤GPU(Ray Tracing GPU),採用了Nvidia最新第8代的GPU架構Turing架構(圖靈)。

光線追蹤是源自1979年電腦科學家Turner Whitted一篇論文,他提出了光線追蹤的電腦圖形計算新演算法架構,改從追蹤光線在不同表面上的反應,來模擬真實世界的光影變化。透過追蹤光線碰到物體表面時產生的反射、折射和陰影效果,再加上光線繼續遇上其他物體於場景中所有光線互動的情況等。當年他已經可以做出每秒64個像素的光線追蹤幾何圖形影片。

但就算到了去年,要做到即時光線追蹤的計算,仍舊是一大難題,只能透過大量運算事前產生,尤其在VR虛擬世界,這是一直無法實現的技術門檻,無法即時創造出如真實世界般的立體影像體驗。

黃仁勳指出,皮克斯開啟了電腦動畫時代,也反映出創意產業爆發式的成長,但CPU的進展如摩爾定律所描述,越來越緩慢,唯有GPU效能的進展,也同樣是爆發性的指數成長。

攝影/王宏仁

RTX GPU採用了Nvidia第8代新GPU架構Turing,除了SM多核心處理器外,也內建張量核心Tensor Core,還新增加了光線追蹤核心RT Core負責光線追蹤計算。

即時光線追蹤是電腦圖形計算聖杯

為了實現即時真實影像的能力,電腦從圖形模擬開始,在Nvidia推出GPU之後,開始可以計算材質、進行模擬,後來可以進一步進行角色模擬(Character Animation),甚至結合AI後可以進行臉部表情模擬(Facial Animation)。 但是,即時光線追蹤的計算一直是個難題,遲遲無法實現,黃仁勳指出,光線追蹤可說是電腦圖形計算的聖杯。

直到在今年3月,Nvidia先在GTC大會上發表了光線追蹤框架RTX,來加快即時光線追蹤的計算。可以利用現有GPU的運算力,來執行RTX框架需要的計算,從而實現了即時光線追蹤的計算。

為了展現即時光線追蹤的效果,Nvidia今年3月還展示了一段《星際大戰》光線追蹤特效示範短片Reflections,來呈現即時光線追蹤的光影渲染效果。

從短片中,反映在兩位衛兵金屬盔甲上的光影渲染效果,利用即時光線追蹤計算產生的陰影和反射、折射效果,顯得格外真實。3月當時,為了製作這個短片,Nvidia利用了配備4個人工智慧專用的Volta GPU以及價值7萬美元的人工智慧工作站DGX Station才得以實現。

不過,這個軟體上的即時光線追蹤成果,不到半年,Nvidia就隨即實踐在新的GPU產品上,而且再度被超越了,現在只需用單張新推出的光線追蹤GPU卡Quadro RTX 8000就能做到。

Nvidia花了10年,上萬名工程師,累積一層層技術才打造出這款光線追蹤GPU。他甚至用了新的單位每秒追蹤光線數,來描述RTX GPU的新能力,黃仁勳說,RTX最大可追蹤到每秒10 Giga道光線(100億道),整體計算能力可以達到16 TFLOPS,每秒500兆次張量計算,GPU也採用了NVLink傳輸技術,每秒可傳輸100Gb資料。

RTX GPU所採用的第八代GPU架構Turing,除了SM多核心處理器外,也內建張量核心Tensor Core,另外還新增加了光線追蹤核心RT Core負責光線追蹤計算,最大可提供125 TFLOPS的半精度浮點數計算。RTX GPU可以提供8K即時影音編碼,傳輸介面上也支援USB Type-C以及Nvidia最新提出的VR介面標準VirtualLink。

攝影/王宏仁

Nvidia在SIGGRAPH發表會上也展示了同一張圖,透過不同圖形運算技術處理過的效果,從左上角的傳統圖形處理,最右下角最後一張,就是運用RTX GPU,來實現即時光線追蹤和AI降噪處理的成果,甚至還運用了大量記憶體來實現全域照明。

RTX GPU是為了VR打造的GPU

Nvidia資深副總裁Tony Tamasi指出,Nvidia早在10年前開始研究光線追蹤技術,5年前開始展開架構設計,但要拿捏光線追蹤計算和AI計算能力的搭配,也就是RT Core和Tensor Core的搭配,因為RTX GPU完全是為了VR而打造的GPU。而RTX伺服器鎖定的目標是內容產業和數位創意社群,甚至可以支援多人共用。不像DGX人工智慧伺服器,主要鎖定AI科學家訓練AI模型之用。

Tony Tamasi一席話,點出Nvidia兩大企業級GPU產品線和伺服器的定位。RTX將主攻VR應用,而DGX則以AI應用為主。黃仁勳更指出,全新的Turing架構將推生出一個2,500億美元的影像特效產業,遍及設計、數位內容、建築、模擬、電影和娛樂業。

新一代光線追蹤GPU產品線將先推出3款Quadro RTX顯示卡,這也是第一款使用三星超高速GDDR6記憶體的顯示卡,包括了單卡內建16GB記憶體的RTX 5000(內建3,072個CUDA核心和384個Tensor核心,可提供每秒6 Giga Rays),售價2,300美元(臺幣6.9萬元),24GBk的RTX 6000(內建4,608個CUDA核心和576個Tensor核心,可提供每秒10 Giga Rays),售價6,300美元(臺幣18.9萬元),以及最高階內建48GB記憶體的RTX 8000(同樣內建4,608個CUDA核心和576個Tensor核心,可提供每秒10 Giga Rays),要價10,000美元(臺幣30萬元)。Quadro RTX GPU可兩張透過NVLink串連,達到記憶體倍增,例如兩張RTX 8000最大可提供96GB的全域照明計算(Global Illumination)。除了Quadro RTX顯示卡之外,Nvidia後來8月中又發表了 同樣採用Turing 架構的RTX遊戲用GPU,包括三款GeForce RTX 2080 Ti、2080 與 2070 GPU顯示卡。Nvidia預計第四季開始出貨RTX GPU,先提供給OEM供應商,包括Dell EMC、HPE、HPI和Lenovo或其他系統供應商。

Nvidia還同步發表了RTX伺服器,內建Quadro RTX 8000,一臺RTX伺服器可安裝8張RTX顯示卡,兩兩串連。在功耗上,4臺各內建8張GPU卡的RTX伺服器,約需要13kW。結合新的Quadro Infinity軟體,還可以支援遠端控制或多個虛擬機器共享同一個RTX GPU。目前包括Dell Precision工作站,HP Z工作站,HPE ProLiant伺服器,以及聯想的ThinkStation和ThinkSystem,都支援Quadro RTX產品。

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