Lumière !
Microsoft a publié les préversions de deux nouvelles technologies liées au ray tracing : Clustered Geometry et PTLAS. Elles promettent l’allègement des calculs liés à la lumière dans bon nombre de scénarios, avec des gains parfois significatifs.
Pour comprendre les améliorations proposées, il faut d’abord parler du ray tracing – ou lancer de rayons – pour comprendre le problème.
Ce lancer de rayons simule le trajet de la lumière. Pour chaque pixel, le GPU envoie des rayons et cherche ce qu’ils touchent dans la scène. Cette technique permet de produire des reflets, ombres et éclairages nettement plus réalistes que les méthodes précédentes. Les jeux compatibles avec le ray tracing ont souvent mis en avant cette fonction, dont on sait qu’elle est vorace en puissance de calcul.
La difficulté, en effet, est que la scène contient généralement des millions de triangles, utilisés pour la composition des objets 3D. Tester chaque rayon émis sur chaque triangle en temps réel est impossible.
La carte graphique s’appuie donc sur un résumé de la scène, que l’on nomme « structure d’accélération », dans laquelle les objets sont rangés dans des boites, elles-mêmes rangées dans d’autres boites. Par exemple, une fenêtre appartient à une maison, qui appartient à un quartier, qui appartient à une ville. Ce classement est important, car il permet d’écarter d’un coup tout ce qu’un rayon ne peut pas toucher. Le résumé dispose en outre de deux étages : le bas décrit chaque objet en détail, tandis que le haut décrit la scène complète, donc où se trouve chaque objet.
Où se situe le problème alors ? Dans le mouvement ! Dès que la scène bouge, tout se complique. Un personnage qui marche, un arbre agité par le vent ou autre oblige à recalculer une partie du résumé, parfois à chaque image. Dès qu’une scène devient très détaillée, ce travail de réorganisation peut couter plus cher en calculs que le lancer de rayons lui-même. Pour éviter que les GPU n’arrivent plus à suivre la cadence (donnant des performances exécrables), de nombreux jeux calculent les reflets et autres éléments sur la base d’objets simplifiés.
Ce que Microsoft a présenté
Le 28 octobre, Microsoft a donc lancé deux nouvelles technologies en préversions. L’entreprise présente ces évolutions comme les plus importantes pour DXR (DirectX Raytracing) depuis son lancement en 2018.
La première se nomme Clustered Geometry. Au lieu de construire d’une traite le résumé d’un objet, on le découpe en paquets contenant un maximum de 256 triangles, à la manière de briques de construction. Chacune est préparée une seule fois, puis réutilisée et assemblée selon les besoins. Quand un objet change de niveau de détail (par exemple quand le personnage s’approche), il n’y a pas de reconstruction, le GPU assemblant d’autres briques déjà prêtes. Et pour les objets qui se déforment, comme des personnages animés ? Microsoft prévoit des gabarits, selon le même fonctionnement : la forme des briques est préparée à l’avance, seule leur position étant mise à jour.
La seconde est appelée PTLAS, pour Partitioned Top-Level Acceleration Structures. Pour l’étage haut (donc le descriptif de la scène complète), la scène est découpée en zones. Dans une scène 3D, si une caisse tombe par exemple dans un coin, seule cette zone est mise à jour, le reste étant conservé à l’identique d’une image à l’autre. Les objets qui bougent sans arrêt peuvent être mis à part pour ne pas forcer l’actualisation de toute leur zone.
Dans les deux cas, une autre amélioration est liée : le GPU peut décider de lui-même de ce qu’il faut reconstruire. Un changement de taille, car c’est le CPU qui s’occupe aujourd’hui de préparer une bonne partie de ces opérations. Avec Clustered Geometry et PTLAS, il n’y a presque plus d’allers-retours entre le GPU et le CPU, soulageant d’autant ce dernier.
Précisons quand même que l’idée n’est pas nouvelle : elle vient de NVIDIA. La firme au caméléon propose actuellement ces techniques sous l’appellation RTX Mega Geometry. Gears of War: E-Day est d’ailleurs le premier jeu à l’exploiter. Cependant, sa « standardisation » (en quelque sorte) dans DirectX rend ces techniques utilisables par les autres GPU, ce qui change la donne.
Pour qui ?
L’un des avantages de cette approche est que ces techologies ne réclament aucun nouveau matériel. En théorie, Clustered Geometry et PTLAS sont compatibles avec un très grand nombre de GPU existants.
En résumé, pour l’instant :
- NVIDIA : toutes les cartes GeForce RTX
- AMD : les Radeon RX 9000
- Intel : les Arc série B et certains processeurs Core Ultra récents
- Qualcomm : les Snapdragon X2 (pilotes attendus au premier semestre 2027)
Techniquement, il suffit que les entreprises concernées mettent à jour leurs pilotes pour profiter de ces améliorations. Chacune devra déterminer quelles cartes seront compatibles. Par exemple, il n’y a aucune information sur le support des Radeon RX 7000, il faudra donc attendre pour en savoir bien.
Bon, et les performances alors ?
Commençons par la mauvaise nouvelle : oui, il est nécessaire que les éditeurs de jeux rendent leurs titres compatibles avec ces techniques pour en profiter. Il n’y a donc aucun jeu prenant en charge Clustered Geometry et PTLAS aujourd’hui, et il faudra attendre que les entreprises concernées s’expriment sur le sujet.
La bonne nouvelle maintenant : le gain peut être significatif, voire… gigantesque. Dans une démonstration de Microsoft sur une Radeon RX 9070, la scène passe de 1,2 à 79 images par seconde, et la mémoire vidéo consacrée au sommaire de la scène tombe d’environ 7,3 Go à 774 Mo.
Cette multiplication des performances par 66 a fait le tour du web ces derniers jours. Et pour cause, on n’a pas souvent l’occasion de voir de tels gains. Mais calmons tout de suite les espoirs, sans les doucher : il s’agit d’un cas extrême, mis en avant par Microsoft pour illustrer le potentiel de ses deux techniques. Ensuite, la comparaison est faite avec le pire scénario possible, c’est-à-dire une reconstruction complète à chaque image. Comme on l’a vu précédemment, les développeurs ont déjà des astuces pour éviter ce type de scénario. Enfin, on n’a rien sans rien : la mémoire de travail nécessaire pendant la reconstruction augmente fortement, mais les autres gains permettent en théorie un bon compromis dans tous les cas.
Microsoft l’indique clairement dans son billet de présentation, il ne faut pas s’attendre à des gains d’une telle ampleur dans tous les jeux. Une démonstration plus réaliste, fournie par NVIDIA, met ainsi en scène des milliers de dominos qui tombent. La mise à jour de la scène passe de 2,88 ms à 0,79 ms par image, alors que le lancer de rayons lui-même devient légèrement plus lent. Le bilan reste positif, mais on est loin d’un facteur 66 (le nombre d’images par seconde passe de 116 à 125).
Même si les gains réels seront plus mesurés et limités aux titres exploitant le ray tracing, une hausse des performances sans changer de matériel est toujours appréciable. Les deux techniques laissent imaginer des mondes ouverts plus denses et plus animés en lancer de rayons, des reflets et des ombres plus fidèles au décor, et une consommation de mémoire vidéo moindre.
Enfin, notez que ces annonces se sont accompagnées d’une autre en parallèle : Advanced Shader Delivery, qui doit réduire les saccades dues à la compilation des shaders en livrant des shaders déjà compilés. La fonction est déjà prise en charge par AMD pour ses Radeon RX 7000 et 9000 dans les derniers pilotes. Chez Intel et NVIDIA, il faudra attendre une nouvelle mouture.
