從黃仁勳在GTC上提及超過30次的技術,看NVIDIA的遠見與堅持

2019.03.27 by
翁書婷
數位時代翁書婷攝影
2019 GTC大會上,NVIDIA執行長黃仁勳花了很多時間談光影追蹤技術,但光影追蹤GPU卻被質疑推出太早,或許外界可以從CUDA的發展看起。

2019 GTC大會上,光影追蹤(Real-time Ray tracing)是NVIDIA執行長黃仁勳主題演講中重點中的重點。近三小時的主題演講中,五成以上時間與光影追蹤技術有關,在記者會上,黃仁勳也提及光影追蹤至少30次以上,加上光影追蹤也是NVIDIA與勁敵AMD目前在GPU設計上的重大差異,重要性不言可諭。

兩款商業遊戲引擎將整合光線追蹤功能

黃仁勳在GTC記者會中重申,AMD今年亮相的GPU Radeon Vll,雖然採用目前最昂貴的台積電七奈米半導體製程,但沒有光影追蹤與深度學習超高取樣(DLSS)兩大關鍵技術,總效能表現比採用12奈米製程的GeForce RTX 2060還要差,從IC設計商的角度來看是C/P值較低的產品。

在這次的GTC上,黃仁勳也親自宣布,全球最受歡迎的兩款商業遊戲引擎Unreal Engine和Unity近期宣布都將整合光線追蹤功能。遊戲開發商可在NVIDIA GeForce GPU上運行即時光線追蹤效果。

光線追蹤GPU曲高和寡,玩家興趣缺缺

在美國的遊戲大展GDC中,已經有包括《Control》《狂龍追獵(Dragonhound)》《雷神之鎚II RTX(Quake II RTX)》等多款遊戲已經有此功能。

另外,NVIDIA也認為支援光線追蹤的GPU用戶群成長至數千萬人。搭載Pascal和Turing架構的NVIDIA GeForce GTX GPU將透過預計在4月推出的驅動程式,享有光線追蹤支援的遊戲。

新版驅動程式將可讓數千萬個GPU具備對支援即時光線追蹤遊戲的能力,加速該項技術的發展並為遊戲開發商帶來更多的用戶。

2018年8月,NVIDIA推出支援即時光線追蹤技術(Real Time Ray Tracing)的GeForce RTX 2000系列GPU,希望光線追蹤能為遊戲業帶來新的革命。

不過,由於支援光線追蹤功能的遊戲數量稀少,加上售價比前一代GPU昂貴許多,不少玩家延後購買,希望等支援的遊戲更多或價格更親民再行動,導致NVIDIA的第四季財報中,光線追蹤RTX GPU的銷量不如預期,最後,總體營收比先前財測低了5億美元,也因此分析師質疑光線追蹤是未來產品,現在推出曲高和寡,時間太早。

沒有CUDA,深度學習的發展將延遲

這樣的結果,也許讓NVIDIA覺得意外,但並不會覺得陌生,因為在2007年,NVIDIA推動CUDA架構(Compute Unified Device Architecture,計算統一設備架構)時,也是個瘋狂激進與走在「未來」的產品。

GPU的強項在於圖形繪製,若想要用GPU做非圖形,如科學運算或一般類型運算,複雜麻煩又沒效率,而NVIDIA的CUDA讓GPU做圖形以外的運算變得簡單容易。

「CUDA可以運作在NVIDIA GeForce 8系列之後的GPU上,GPGPU也算是一種平價的高效能運算方式,它把桌上型電腦變成一台個人的超級電腦(personal supercomputer in a desktop)。」《GPU高效能運算環境—CUDA與GPU Cluster介紹》一文中強調。

這是個偉大的創新,但在當時NVIDIA的主要客戶還沒有高速運算需求的電腦遊戲或美術設計業者,但NVIDIA挺而走險,堅持要做到大規模普及,因此在GeForce 8系列後「每一款」GPU都支援CUDA。

「即便是今天回想起來,這仍然是一個風險極高、形同瘋狂的決定。這意味著面對這些尚沒有高性能運算需求的傳統客戶,NVIDIA都必須在硬體產品的設計中增加相關的CUDA邏輯電路,這使得晶片面積增大、散熱增加、成本上升、故障幾率增加;同時,對於每一款產品,相關的軟體驅動都必須保障對CUDA的完美支援。」中國AI公司格靈深瞳執行長趙勇撰文指出。

CUDA與GPU硬體本身緊密的結合,推升現在的GPU加速浪潮,讓AI走出實驗室走入企業。
數位時代翁書婷攝

2007年NVIDIA正式把CUDA引進產品中,當時AI還處於第二次寒冰期。由深度學習教父辛頓(Geoffrey Hinton)執筆的深度學習技術重要文獻《Deep Belief Networks》在2006年才剛發表,距離2012年至2013年AI應用大爆發時期還有六年至七年時間。

CUDA與GPU硬體本身緊密的結合,推升現在的GPU加速浪潮,讓AI走出實驗室走入企業。CUDA是深度學習發展的加速劑,讓深度學習的計算速度倍增。

CUDA讓NVIDIA的GPU生態圈迅速成型,而CUDA也幫NVIDIA築起一道堅固護城河。「如果沒有NVIDIA的CUDA,科學界證實深度學習巨大潛力的時間不知道還要推遲多久。」趙勇強調。NVIDIA也因此收穫甜美的果實,股價在2016年年初的20元至30元開始漲至2018年中的270元至280元。

光線追蹤也有異曲同工之妙

NVIDIA並非發明即時光影追蹤,光線追蹤技術最早可追溯於1969年,由IBM員工Arthur Appel在提出(註一),1979年電腦科學家Turner Whitted解釋如何反射、陰影和反射等捕捉(註二)。

用CPU做光影追蹤耗費時間,即使很小的圖都要讓使用者等上好幾分鐘,但NVIDIA透過GPU將光線追蹤發揚光大,提高效率。

除遊戲、電影工業,光線追蹤在建築與製造業扮要角

在這次的2019 GTC大展中,已經看到不少廠商把NVIDIA RTX技術應用到各類領域,如中國最大軌道運輸設備製造商中國中車(CRRC)就採用法國工業虛擬軟體服務商ESI集團的虛擬製造服務。ESI集團幫中國中車打造出一個取代物理模型的1:1虛擬模型,中國中車利用虛擬模型,審查車輛原型,像車外光線與車內燈光裝設如何影響車內乘客視覺,在大量製造前就可進行調整,大幅降低車輛開發的時間與成本。

對於建築業來說,光線追蹤技術相當重要,因為光線是建築業的靈魂要素,安藤忠雄就曾說,「我的作品中,光永遠是一種空間戲劇化重要元素」,貝聿銘也強調「利用光線做設計」。而建築業採用RTX技術將走在遊戲前面。

也就是說,除遊戲、電影工業,光線追蹤在建築與製造業扮要角,而對者兩大產業來說,光線追蹤已經是現在所需,而非未來產品。

那光線追蹤最終是否能如CUDA,讓外界看到NVIDIA的遠見與堅持呢?外界拭目以待。


註一:《Some Techniques for Shading Machine Renderings of Solids》
註二:《An Improved Illumination Model for Shaded Display》

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