На конференции для игровых разработчиков DICE Тим Суини (Tim Sweeney) из компании Epic Games представил свои расчёты, какой должна быть производительность графических карт, чтобы они обеспечили максимальное качество, воспринимаемое человеческим зрением (видеозапись выступления, 30 минут, слайды).
Тим Суини занялся математикой не просто так, а потому что в последнее время стала популярной точка зрения, якобы современное поколение игровых приставок имеет уже «достаточную» производительность — и следующее поколение может стать последним. По мнению Суини, об этом не может быть и речи. Он приводит расчёты, что для обсчёта эффектов, заметных на разрешении человеческого глаза 8000х4000, производительность GPU должна вырасти в 2000 раз до примерно 5000 терафлопс.
Тим Суини, основатель компании Epic Games и автор движка Unreal, пользуется в игровой индустрии не меньшим авторитетом, чем Джон Кармак.
Тим Суини начал своё выступление напоминанием известного видео, где маленькая девочка листает глянцевый журнал, пытается тыкать в него пальчиком и в итоге приходит к выводу, что это просто сломанный iPad.
Он сравнивает характеристики современных систем компьютерной графики с характеристиками человеческого зрения (120 миллионов монохромных фоторецепторов, 5 миллионов цветных фоторецепторов, сжатие с потерями в оптическом нерве).
Анатомический лимит восприимчивости человеческого глаза — кадры размером около 30 мегапикселов, 72 FPS. На сегодняшний день техника способна обеспечить только 2560х1600 пикселов на плоских дисплеях (угол обзора 30°) и 8000х4000 пикселов в системах панорамного обзора (90°). Чтобы добиться такой производительности, GPU должен обрабатывать 20-40 миллиардов шейдеров в секунду, то есть в 50 раз больше, чем сейчас. Казалось бы, достаточно всего двух новых поколений GPU, но на самом деле всё не так просто. Дело в том, что достижения фотореализма нужно увеличивать сложность математических расчётов визуальных сцен: увеличивать приближение к фотореализму или аппроксимацию в расчёте освещения, теней, отражения в воде, свойств материалов, конструкции каждого объекта и т.д.
На одном и том же разрешении можно запускать игры разной вычислительной сложности: игры первого уровня аппроксимации (Doom, 1993), второго уровня (Unreal, 1998), третьего уровня (Samaritan, 2011) и так далее. Уже сегодня 99% шейдеров остаются за кадром, но на них нужно тратить вычислительные ресурсы.
Например, для Doom было достаточно 10 мегафлопс, для Unreal — 1 гигафлопс, для Samaritan — 2,5 терафлопс. При увеличении уровней аппроксимации —добавлении фотореалистической кожи, тумана, дыма и так далее — требуемая производительность GPU будет расти в геометрической прогрессии. Есть ещё и другие вычислительные проблемы, для которых мы пока не можем добиться приемлемого уровня приближения к реальности, даже если задействовать вычислительную мощь всех компьютеров мира — это, в том числе, расчёт свойств характера, мыслей персонажа, передвижения, речи и т.д.
В итоге, для истинного фотореализма нам потребуется что-то в районе 5000 терафлопс. Для справки, Xbox 360 выдаёт сейчас только 0,25 терафлопс. Так что разработчикам аппаратного обеспечения ещё есть над чем работать, и пока мы не приблизимся к 5000 TFLOPS, то будем наблюдать существенный прогресс в компьютерной графике.
Разработчики железа уже приблизились к атомному уровню транзисторов но у них всё равно ещё есть способы, чтобы соблюсти закон Мура — например, конструирование трёхмерных микросхем, то есть слои процессора можно накладывать по вертикали благодаря последним достижением 3D-печати, считает Тим Суини. Может быть, появятся давно обещанные квантовые компьютеры. Если же говорить о физических лимитах на вычислительную способность микросхем, то до границы Бекенштейна ещё очень далеко, она в 1027 выше текущей производительности процессоров, так что закон Мура можно ещё спокойно соблюдать около 180 лет.
Автор: alizar
