GeForce GF100 Architecture ปอกเปลือกขุมพลังชิพกราฟิกตัวใหม่จาก NVIDIA

dieshot

สวัสดีครับ เป็นอย่างไรกันบ้างกับบทความ CES 2010 ในฉบับที่แล้ว ก็หวังว่าเพื่อนๆ จะชอบกันนะครับ โดยจะเห็นได้ว่าภายในงานแสดงเทคโนโลยีระดับโลกนั้นจะไม่ได้มีเพียงแค่สินค้าเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์พีซีมาจัดแสดงเท่านั้น แต่ยังมีสินค้าอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ มากหน้าหลายตา ซึ่งก็น่าจะช่วยเปิดหูเปิดตาเพื่อนๆ ได้เป็นอย่างดี NVIDIA ก็เป็นอีกบริษัทหนึ่งที่ไปเปิดตัวออกบูธแสดงสินค้าและเทคโนโลยีภายในงาน โดยมีเทคโนโลยี Tegra 2 ของตนเป็นดาวเด่นภายในปีนี้ แต่อย่างไรก็ตามท่ามกลางผู้คนมากหน้าเดินกันขวักไขว่ภายในงาน NVIDIA ได้ทำการส่งจดหมายเชิญสื่อมวลชนจำนวนหนึ่งไปรับฟังรายละเอียดของเทคโนโลยีตัวใหม่ภายในมุมลับเฉพาะที่ไม่อนุญาตให้บุคคลทั่วไปเข้าชม เทคโนโลยีที่ทางบริษัทเชื่อว่าจะเปลี่ยนโฉมหน้าของวงการเกมสามมิติไปตลอดกาล เทคโนโลยีนี้มีชื่อว่า NVIDIA GF100

Geometric Realism

ก่อนที่จะไปพบกับรายละเอียดทางเทคนิคของ GF100 นั้น ผมจะขอเท้าความเทคโนโลยีสามมิติที่ใช้กับเกมในทุกๆ วันนี้ก่อนนะครับ ในปัจจุบันนี้เทคโนโลยีที่อยู่ใน DirectX 9 และ 10 นั้นจะเน้นไปที่การประมวลผลทางด้าน Shading เช่น แสงและเงาเป็นหลัก ซึ่งการ์ดจอในปัจจุบันนี้ก็มีความสามารถที่ดีมากในด้านนั้นอยู่แล้ว แต่เทคโนโลยี DirectX 11 ที่เพิ่งจะออกมาเมื่อปลายปีที่แล้วนั้นถือได้ว่าเป็นคนละเรื่องกันเลย กล่าวคือคุณสมบัติใหม่ๆ ที่เรียกว่า Tessellation นั้นไม่ได้เป็นการเพิ่มความสามารถทางด้าน Shading แต่อย่างใด แต่เป็นการเพิ่มความสามารถทางด้าน Geometry หรือรูปทรงของวัตถุนั่นเอง โดยทาง NVIDIA ได้กล่าวว่าในช่วงหลายปีที่ผ่านมานั้น ตั้งแต่ยุค GeForce FX5800 ถึง GT200 ชิพกราฟิกของตนได้เพิ่มความสามารถในการประมวลผล Shading ไปมากกว่าเดิมถึง 150 เท่า แต่เพิ่มความสามารถทางด้าน Geometry ไปไม่ถึง 3 เท่าตัว แล้วเจ้า Geometry มันสำคัญมากอย่างไรกันหรือ? ดูภาพด้านล่างสิครับ

c-1

ภาพจากเกม Far Cry 2 ด้านบนนั้นเป็นตัวอย่างที่ดีที่แสดงให้เห็นว่าชิพกราฟิกในปัจจุบันนั้นด้อยความสามารถเพียงใดในการประมวลผลรูปทรง โดยในภาพใหญ่ตรงกลางนั้นจะเห็นได้เลยว่า แสง เงา และพื้นผิวต่างๆ นั้นมีความละเอียดเป็นอย่างมาก แต่ถ้าซูมเข้าไปดูใกล้ๆ ตรงบริเวณรูปทรงของวัตถุต่างๆ ภายในฉากเช่นตัวละคร จะเห็นได้เลยว่ายังคงมีรูปทรงเป็นเหลี่ยมๆ น่าเกลียดๆ อยู่ และจะเห็นได้ชัดเลยตรงบริเวณหัวไหล่ของตัวละครว่ามันเหลี่ยมจัดเป็นอย่างมาก…

ปัญหาอยู่ที่ว่า การที่จะทำให้วัตถุในฉากมีรายละเอียดรูปทรงถูกต้องสมจริงนั้นต้องใช้กำลัง GPU เป็นอย่างมาก ซึ่งในปัจจุบันนั้นแทบไม่มี GPU ตัวใดเลยที่มีความสามารถเพียงพอตรงจุดนี้ ฉะนั้นแล้วผู้พัฒนาเกมจึงไม่มีทางเลือกใดๆ นอกจากปล่อยให้วัตถุเป็นเหลี่ยมๆ แบบนั้น

แต่จะมีเทคโนโลยีใดกันหรือที่จะช่วยเพิ่มศักยภาพในการประมวลผลด้านรูปทรงให้มีรายละเอียดขึ้นโดยที่ไม่ไปกินแรง GPU มากนัก คำตอบอยู่ที่ Tessellation ใน DirectX 11 นั่นเอง โดยผู้พัฒนาเกมสามารถนำคุณสมบัติ Tessellation นั้นไปใช้ในการเพิ่มคุณภาพการประมวลผลรูปทรงได้เลยภายในเกมของตน โดยที่ไม่ต้องเสียเวลาไปกับการเรียนรู้ API ใหม่ๆ เนื่องจากมันถูกรวมมาให้ใน DirectX ตัวใหม่แล้วนั่นเอง ถึงแม้ว่าผู้พัฒนาเกมก็มีส่วนอยู่มากในการนำเทคโนโลยีดังกล่าวไปใช้ แต่อีกสิ่งหนึ่งที่มีความสำคัญไม่แพ้กันนั่นก็คือจะทำอย่างไรให้ฮาร์ดแวร์ซึ่งในที่นี้คือชิพกราฟฟิคสามารถรองรับเทคโนโลยีที่มาพร้อมกับ DirectX 11 นี้ได้ คำตอบอยู่ภายในโครงสร้างสถาปัตยกรรมของ GF100 ที่จะกล่าวถึงต่อนี้ครับ

GF100 Architecture

c-2

ภาพด้านบนคือหัวใจของชิพ GF100 ครับ ก่อนที่จะพาไปเจาะลึกกับส่วนยิบย่อยต่างๆ นั้น ผมขออธิบายภาพรวมของตัวชิพก่อนละกัน จะเห็นได้ว่าตัวชิพได้ถูกแบ่งให้เป็น 4 กลุ่มย่อยด้วยกันที่เรียกว่า Graphics Processing Clusters หรือ GPC ซึ่งภายในแต่ละ GPC ก็จะมี Streaming Multiprocessors (SMs) อยู่ 4 ชุด รวมไปถึง Raster Engines และอื่นๆ เพื่อเป็นการง่าย ลองคิดแบบนี้ดูครับ ชิพ GF100 รุ่นสูงสุดนั้นจะมี GPC 4 ชุด แต่ละชุดมี 4 SMs รวมเป็น 16 SMs และ SM แต่ละชุดมี CUDA Cores (Shader Processor เดิม) 32 Cores รวมทั้งหมดเจ้า GF100 จะมีทั้งหมด 512 Cores

ในบริเวณรอบนอกตัว die จะมี GigaThread Engine พร้อมด้วย Memory Controllers โดยหน้าที่ของ GigaThread Engine นั้นก็คือทำการอ่านคำสั่งของ CPU ผ่านทาง Host Interface และนำข้อมูลจากหน่วยความจำหลักของระบบ ถัดจากนั้นข้อมูลจะได้รับการคัดลอกไปไว้บน Framebuffer ของการ์ดก่อนที่จะถูกนำไปประมวลผลบนเอนจิ้นที่ได้รับคำสั่งมาในแต่ละ Core ในขณะเดียวกัน GF100 นั้นยังมาพร้อมกับ Memory Controllers GDDR5 64 bit ทั้งหมด 6 ชุดด้วยกันรวมเป็น 384 bit และด้วยจำนวนแบนด์วิดธ์ที่มากมายมหาศาลแบบนี้จะช่วยให้การเข้าถึงข้อมูลเป็นไปอย่างรวดเร็วและช่วยแก้ปัญหาคอขวดบนชิพรุ่นที่แล้วๆ มาได้เป็นอย่างดี

Raster และ PolyMorph Engines

ภายในแผนผังโครงสร้างของ GF100 นั้น เพื่อนๆ อาจจะเห็นกล่องสีเหลืองๆ เขียนกำกับว่า PolyMorph Engine และ Raster Engine ซึ่งเจ้าเอนจิ้นทั้งสองตัวนี้จะช่วยให้การประมวลผลรูปทรงเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพเพิ่มมากขึ้น โดยทาง NVIDIA นั้นได้ซอยย่อยขั้นตอนการประมวลผลบนไปป์ไลน์แบบ Fixed Function แยกออกไปไว้บนเอนจิ้นทั้งสองตัวแทนที่จะจับรวมภายในไปป์ไลน์เดียว ซึ่งวิธีการนี้จะช่วยให้การประมวลผลทางด้านรูปทรงเป็นไปอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพเพิ่มมากขึ้น

c-3

ภายใน PolyMorph engine นั้นจะมีทั้งหมด 5 Stages ด้วยกันตั้งแต่ Vertex Fetch ไปจนถึง Stream Output ซึ่งในแต่ละ Stage นั้นจะทำการประมวลผลข้อมูลที่ได้รับมาจาก Streaming Multiprocessor อีกทีหนึ่ง สังเกตดีๆ นะครับว่าภายในเอนจิ้นตัวนี้จะมี Stage ที่มีชื่อว่า Tessellator อยู่ด้วย ซึ่งเจ้านี่ล่ะครับที่เป็นตัวหลักในการประมวลผล Tessellation ของ DirectX 11 เมื่อเสร็จขั้นตอนทุกๆ อย่างแล้ว ข้อมูลก็จะถูกส่งต่อไปที่ Raster Engine ครับ

c-4

ภายใน Raster Engine นั้นจะมีไปป์ไลน์การทำงานอยู่ 3 ขั้นตอนด้วยกันซึ่งจะส่งประมวลผลข้อมูลเป็นขั้นๆ ไปตามลูกศร และเช่นเดียวกับ PolyMorph Engine ครับที่ Engine ตัวนี้จะทำการประมวลผลแบบคู่ขนานไปทั่วทั้ง GPU เพื่อให้การประมวลผลเป็นไปอย่างรวดเร็วขึ้น

c-5

จากภาพด้านบนนั้นจะเห็นได้ว่าทั้ง PolyMorph และ Raster Engines นั้นจะอยู่กระจายกันทั่วทั้ง GPU ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผลแบบคู่ขนานให้กับเอนจิ้นทั้งสอง โดยจะเห็นได้ว่ามี PolyMorph Engine ทั้งหมด 16 ตัวด้วยกัน แบ่งเป็น 4 ตัวต่อ 1 SM ขณะที่ในแต่ละ GPC นั้นจะมี Raster Engine ชุดละตัว และด้วยวิธีการนี้จะทำให้เจ้า Graphic Processing Clusters (GPC) นั้นทำหน้าที่เป็นเหมือนกับ GPU เล็กๆ ภายในโครงสร้างสถาปัตยกรรมโดยรวมของทั้งระบบเลยทีเดียว ซึ่งจะช่วยให้เรนเดอร์รูปทรงต่างๆ นั้นเป็นไปอย่างรวดเร็วมาก

Tessellation ทำไมมันถึงสำคัญมากขนาดนั้น?

ในส่วนที่ผ่านๆ มานั้นเพื่อนๆ อาจจะสังเกตเห็นคำคำหนึ่งที่ผมใช้มากเป็นพิเศษนั่นก็คือ Tessellation สำหรับผู้ที่ยังใหม่กับวงการกราฟิกการ์ดนั้นอาจจะยังไม่รู้จักคำนี้ ฉะนั้นแล้วผมจะขอให้พื้นที่ตรงส่วนนี้ทั้งหมดในการกล่าวถึงคุณสมบัติพลิกโลกนี้นะครับ

เป็นที่รับรู้กันว่าคุณสมบัติใหม่ๆ ที่เพิ่มเข้ามาใน DirectX 11 นั้นมีอยู่มากมาย แต่ที่โดดเด่นที่สุดนั้นเห็นจะเป็นการที่อนุญาตให้ฮาร์ดแวร์รุ่นใหม่ๆ สามารถทำการประมวลผล Tessellation ในระดับฮาร์ดแวร์ได้ แต่ Tessellation คืออะไรกันล่ะ? อธิบายง่ายๆ ก็คือการเพิ่มรายละเอียดของวัตถุสามมิติภายในฉากในระดับ Real-Time นั่นเอง หรือพูดอีกนัยหนึ่งนั่นก็คือมันเป็นการเพิ่มจำนวนโพลีกอนให้กับวัตถุสามมิติในฉาก โดยสามารถดูความแตกต่างได้จากภาพด้านล่างครับ

c-6

Tessellation นั้นเป็นกระบวนการแบ่งพื้นผิวของวัตถุให้เป็นโพลิกอนย่อยๆ รูปสามหรือสี่เหลี่ยม ซึ่งเป็นลักษณะรูปทรงของโพลิกอนที่ฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์สามารถประมวลผลได้ง่าย โดยในรูปนั้นจะเห็นได้เลยว่าหัวทางซ้ายสุดนั้นจะมีจำนวนโพลิกอนน้อย ซึ่งผลที่ก็คือวัตถุที่มีความหยาบในรายละเอียด คางแหลม หน้าเหลี่ยม เป็นต้น แต่กับสองรูปทางขวามือนั้นจะเห็นได้เลยว่ารายละเอียดรูปทรงมีความสมจริงมากขึ้น และด้วยคุณสมบัติ Tessellation ภายใน DirectX 11 นั้นจะให้การประมวลผลต่างๆ เกิดขึ้นภายในตัว GPU เลยโดยไม่ไปกระทบกับประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ

อีกตัวอย่างที่ดีที่สามารถแสดงให้เห็นถึงความสามารถของ Tessellation นั่นคือการสร้างพื้นผิวและพื้นน้ำครับ ซึ่งพื้นผิว/พื้นน้ำที่ได้รับคุณสมบัติ Tessellation เข้าไปจะมีรายละเอียดที่สมจริงกว่ากันมาก โดยทาง NVIDIA ได้กล่าวว่า Tessellation จะทำให้ได้รายละเอียดที่มากกว่าเดิมถึง 5,000 เท่า ในขณะที่จะค่าเฟรมเรตที่ได้นั้นจะลดลงไปเพียงเล็กน้อย ไปดูภาพดีกว่าครับจะได้เข้าใจง่ายขึ้น

c-7

c-8

เห็นได้ชัดเจนเลยนะครับว่าภาพล่างที่ได้รับคุณสมบัติ Tessellation เข้าไปนั้นจะมีความสมจริงของพื้นผิวเป็นอย่างมาก รวมทั้งผิวน้ำด้วย และข่าวดีก็คือคุณสมบัติตัวนี้กินแรง GPU น้อยมากครับ โดยกฎทั่วๆ ไปนั้นมีอยู่ว่ายิ่งใช้คุณสมบัติ Tessellation มากเท่าใด ยิ่งกินแรง GPU มากเท่านั้น แต่เมื่อโครงสร้างสถาปัตยกรรมของชิพ GF100 ได้รับการออกแบบมาให้รองรับคุณสมบัตินี้โดยเฉพาะอยู่แล้ว ฉะนั้นก็เดาได้เลยว่าการ์ดที่ใช้ชิพตัวนี้จะทำให้ได้ภาพที่สวยงามและไหลลื่นเพียงใด

Accelerated Jittered Sampling และ 32x CSAA

นอกเหนือจากคุณสมบัติ Tessellation ที่ได้กล่าวไปแล้ว ทาง NVIDIA ยังได้นำเสนอคุณสมบัติใหม่ๆ ที่ช่วยให้ได้คุณภาพที่สวยงามมากขึ้นในเกมสามมิติอีกด้วย โดยผมจะขอเริ่มจากเทคนิคที่เรียกว่า Accelerated Jittered Sampling ก่อนนะครับ ซึ่งสามารถอธิบายให้เข้าใจง่ายๆ นั่นคือมันเป็นการลบรอยหยักที่เกิดขึ้นบนเงาของภาพนั่นเอง สามารถดูตัวอย่างได้ที่ภาพด้านล่างครับ

c-9

c-10

เพื่อนๆ จะเห็นได้เลยนะครับว่า ภาพล่างที่มีการใช้คุณสมบัติ Jittered Sampling นั้นจะมีเงาที่สวยงามมากกว่าเพียงใด ซึ่งทั้งหมดนี้ก็เช่นเคยที่ชิพ GF100 สามารถทำได้โดยไม่ไปลดทอนประสิทธิภาพการประมวลผลบนหน้าจอ

32x CSAA

c-11

สำหรับคุณสมบัติตรงจุดนี้นั้นก็ไม่มีอะไรมากนอกจากเป็นการเปิดใช้งาน Anti-Aliasing ที่ระดับ 32x นั่นเอง ซึ่งเป็นการลบรอยหยักของวัตถุบนหน้าจอให้ได้สวยงามมากขึ้น โดยภาพทางด้านบนซ้ายนั้นเป็นการใช้การ์ด GeForce GTX280 ทำการเปิด CSAA 16x และทางขวามือนั้นเป็นการใช้ GF100 เปิด CSAA 32x จะเห็นได้เลยว่ามีความแตกต่างกันมากเพียงใด แต่เพื่อนๆ บางท่านอาจแย้งว่าเปิด 8x ก็แทบจะไม่เห็นรอยหยักแล้ว ซึ่งก็ถูกส่วนหนึ่งครับ แต่ถ้า GF100 สามารถทำได้ในระดับ 32x โดยที่ไปลดทอนประสิทธิภาพในระดับเดียวกับ 8x แล้วละก็ มันไม่มีเหตุผลใดๆ อย่างอื่นที่จะไม่ไปเปิดการใช้งานมิใช่หรือ?

NVIDIA 3D Vision Surround

c-12

เทคโนโลยีสุดท้ายที่จะขอกล่าวถึงนั้นก็คือ 3D Vision Surround ครับ ซึ่งเป็นการแสดงผลภาพแบบ Stereoscopic 3D (S-3D) ที่ต้องสวมแว่นสามมิติในการรับชม ได้พร้อมๆ กัน 3 จอนั่นเอง โดยคาดว่าน่าจะออกมาตีกับ Eyefinity ของทาง ATI โดยเฉพาะ โดยเพิ่มคุณสมบัติการแสดงผลแบบ S-3D เข้าไปเพื่อให้เหนือกว่าคู่แข่ง แต่อย่างไรก็ตาม ถ้าท่านใดไม่ชอบการแสดงผลแบบ S-3D เจ้า 3D Vision Surround ก็ยังคงรองรับการแสดงผล 3 จอพร้อมกับแบบ 2D ธรรมดาได้เหมือนเดิม และข้อดีนอกจากนั้นก็คือผู้ที่ใช้การ์ด GeForce GTX 260, 275, 280, 285 และ 295 ก็สามารถใช้คุณสมบัติ 3D Vision Surround ได้ด้วยครับ แต่ข้อเสียนั่นก็คือไม่ว่าท่านจะใช้การ์ด GF100 หรือ GeForce GTX 2xx ที่ได้กล่าวไปก็ตาม ต้องมีการใช้การ์ดสองตัวต่อแบบ SLI ครับถึงจะแสดงผลแบบสามจอได้ เนื่องจากตัวการ์ดสามารถรองรับพอร์ต DVI ได้แค่สองช่องเท่านั้น

สรุป

เป็นอย่างไรกันบ้างครับกับการเรียกน้ำย่อยความสามารถของตัว GF100 ที่ได้กล่าวไปทั้งหมด ความจริงแล้วยังมีคุณสมบัติของตัวชิพอีกมากที่ไม่ได้กล่าวถึงเนื่องจากพื้นที่หน้ากระดาษมีจำกัด ผมเลยเลือกตัวที่เด่นๆ มาบอกเล่าเก้าสิบกับเพื่อนๆ เท่านั้น แต่เท่านี้ผมก็คาดว่าเพื่อนๆ หลายๆ คนคงเตรียมเงินหยอดกระปุกเก็บเงินซื้อการ์ดที่ใช้ชิพตัวนี้กันแล้วแน่ๆ และสำหรับผู้ที่ต้องการอัพเกรดเครื่องเพื่อให้รองรับเกมที่ใช้คุณสมบัติ DirectX 11 ที่เริ่มทยอยออกในปีนี้นั้นก็คงรอต่อไปอีกไม่นานครับ เพราะทาง NVIDIA กล่าวว่าผู้ผลิตการ์ดต่างๆ จะเริ่มเปิดตัวการ์ดที่ใช้ชิพ GF100 ภายใต้ชื่อ GeForce GTX 4xx กันภายในช่วงเดือนมีนาคม-เมษายนนี้แล้ว

Advertisements

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s