AMD Tetrahedral Cages ลดใช้ VRAM Ray Tracing อย่างพลิกเกม

Tetrahedral Cages คืออะไร และทำไมเกมเมอร์ควรสนใจ

เทคโนโลยี AMD Tetrahedral Cages คือวิธีจัดการ Ray Tracing สำหรับฉากที่มีวัตถุแอนิเมชันจำนวนมหาศาล โดยใช้โครงสร้างสี่เหลี่ยมมุมแหลมมาห่อหุ้มเรขาคณิตที่มีความหนาแน่นสูง ทำให้ไม่ต้องอัปเดตโครงสร้างเร่งความเร็ว BVH ของวัตถุทุกชิ้นในทุกเฟรม ส่งผลให้ลดการใช้หน่วยความจำกราฟิกและเวลาในการคำนวณลงอย่างมาก ขณะยังคงคุณภาพแสงเงาและรายละเอียดภาพที่เหมาะกับการเล่นเกมระดับสูง หัวใจของข่าวนี้คือ AMD ไม่เพียงทำให้ Ray tracing VRAM usage ลดลง แต่พยายามทำให้ Ray tracing กลับมาน่าใช้ในโลกจริงของเกมเมอร์ที่ยังใช้การ์ดจอ 16GB อยู่ การทดลองล่าสุดของ AMD แสดงให้เห็นชัดว่าคอเกมไม่จำเป็นต้องรอการ์ดจอ VRAM มหาศาลเพื่อสัมผัสฉากป่าหญ้า แสงเงา สะท้อน และเงาแบบสมจริงอีกต่อไป

ตัวเลขที่พลิกสมการ Ray Tracing: จาก 80GB เหลือ 1.7GB

สิ่งที่ทำให้ Tetrahedral Cages น่าจับตาไม่ใช่คำสวยหรู แต่เป็นตัวเลขที่โหดแบบตรงไปตรงมา ในฉากทดสอบที่มีพืชแอนิเมชันอิสระประมาณ 25,000 ต้น หลังเลือก LOD แล้ว ทุกเฟรมยังมีราว 500 ล้านสามเหลี่ยมต้องถูก Ray Tracing ทั้งแสงหลักและเงา แต่ Radeon RX 9070 XT ยังรันได้เกิน 60 เฟรมต่อวินาทีที่ความละเอียด 1080p จุดพลิกเกมอยู่ที่ BVH memory optimization การใช้หน่วยความจำ BVH จากเดิมสูงสุดประมาณ 80GB ลดลงเหลือราว 1.7GB และเวลาอัปเดต BVH ต่อเฟรมจากมากกว่า 300 มิลลิวินาทีเหลือเพียงประมาณ 3.3 มิลลิวินาที ซึ่งหมายความว่าเฉพาะงานอัปเดตโครงสร้าง BVH ถูกเร่งความเร็วขึ้นราว 90 เท่า และ VRAM ใช้สำหรับโครงสร้างเหล่านี้ลดลงกว่า 47 เท่า ในคำที่อ้างอิงได้ การวิจัยของ AMD ระบุว่า “BVH สำหรับฉากที่มีประมาณ 500 ล้านสามเหลี่ยมแอนิเมชันสามารถลดจาก 80GB เหลือประมาณ 1.7GB พร้อมเฟรมเรตมากกว่า 60FPS บน Radeon RX 9070 XT” ซึ่งเป็นตัวเลขที่อธิบายอนาคตของ Ray Tracing ได้ดีกว่าคำโฆษณาใดๆ

AMD แก้คอขวด BVH ด้วยกรงสี่เหลี่ยมมุมแหลมอย่างไร

ปัญหาที่ทำให้ Ray tracing VRAM usage บวมไม่หยุดในฉากมีต้นไม้ หญ้า หรือวัตถุเคลื่อนไหวจำนวนมาก ไม่ใช่แค่จำนวนสามเหลี่ยม แต่คือการที่จุดยอดของเรขาคณิตเหล่านี้เคลื่อนไหวตลอดเวลา ทำให้ต้องอัปเดต Bottom-Level Acceleration Structure หรือ BLAS ทุกเฟรม ซึ่งกินทั้งเวลาและหน่วยความจำมหาศาล AMD เสนอคำตอบด้วย AMD tetrahedral cages โดยห่อเรขาคณิตหนาแน่นด้วยกรงสี่เหลี่ยมมุมแหลมแบบยืดหยุ่น เมื่อมีแอนิเมชัน ระบบจะขยับกรงแทนการขยับจุดยอดทุกจุด BVH ของเรขาคณิตจริงด้านในจึงคงสภาพเดิมและนำกลับมาใช้ซ้ำได้ เมื่อรังสีแสงวิ่งเข้าสู่กรงที่แอนิเมชันอยู่ เอนจินเรนเดอร์จะเปลี่ยนพิกัดของรังสีนั้นกลับไปยังระบบอ้างอิงของเรขาคณิตในท่าพัก เพื่อทดสอบการตัดกันกับข้อมูลนิ่ง ทำให้ต้นทุนการคำนวณสเกลไปตามความซับซ้อนของกรง ไม่ใช่จำนวนสามเหลี่ยม การออกแบบนี้สะท้อนแนวคิดว่า ถ้าจะทำ Ray Tracing แบบเรียลไทม์กับฉากแอนิเมชันขนาดใหญ่ สิ่งสำคัญไม่ใช่การเร่งฮาร์ดแวร์อย่างเดียว แต่ต้องออกแบบข้อมูลและโครงสร้างให้งานแพงที่สุดนิ่งอยู่ให้มากที่สุด

เกมระดับสูงจะได้อะไรจากการลดภาระ VRAM และ BVH

จากมุมมองของเกมเมอร์ ผลลัพธ์สำคัญของ BVH memory optimization แบบนี้คือเสรีภาพในการเปิด Ray Tracing ในฉากที่เคยเป็นฝันกลางวัน เช่นป่าทึบ แหล่งต้นไม้จำนวนมหาศาล หรือเขตเมืองที่มีฝูงคนอนิเมชัน โดยไม่ต้องใช้ VRAM หลายสิบกิกะไบต์แค่เพื่อเก็บ BVH ต้นทุนนี้เคยสูงจนถึงขั้นตั้งคำถามว่าการเปิด Ray Tracing ในฉากลักษณะนี้คุ้มค่าหรือไม่ Tetrahedral Cages จึงกลายเป็นเทคโนโลยีที่เหมาะกับ vegetation และ foliage อย่างชัดเจน ตั้งแต่ต้นไม้โอนเอนตามลม หญ้าพริ้วไหว จนถึงฝูงคนระยะไกล เพราะการลดการควบคุมระดับจุดยอดไม่ได้ทำลายความสมจริงที่ผู้เล่นมองเห็น โดยเฉพาะในเกมที่เน้นฉากธรรมชาติแบบที่หลายคนคุ้นเคยจากเกมแนวแฟนตาซีหรือ MMO ต่างๆ มุมมองเชิงวิจารณ์คือ ถ้าเอนจินเกมหลักหันมาใช้วิธีนี้อย่างจริงจัง Ray tracing VRAM usage จะไม่ใช่ข้ออ้างในการปิดฟีเจอร์อีกต่อไป แต่จะเป็นจุดขายด้านภาพที่เกมเมอร์ระดับกลางสามารถเข้าถึงได้ โดยไม่ต้องขยับไปการ์ดจอรุ่นท็อปที่ราคาสูง

จากงานวิจัยสู่เอนจินเกม: เส้นทางต่อไปของ Tetrahedral Cages

แม้ผลลัพธ์บน Radeon RX 9070 XT จะน่าตื่นตา แต่ AMD ย้ำว่า Tetrahedral Cages ยังเป็นงานวิจัย ไม่ใช่ฟีเจอร์ที่ผู้เล่นจะเปิดในเมนูกราฟิกของเกมวันนี้ได้ทันที ฉากทดสอบ 500 ล้านสามเหลี่ยมแอนิเมชันนั้นจึงควรถูกมองเป็นการพิสูจน์แนวคิด ไม่ใช่สเปกที่การ์ดเกมมิงทั่วไปจะทำได้ในทุกเกม ณ ปัจจุบัน จุดที่น่าสนใจคือ AMD เริ่มเตรียม DirectX Raytracing ตัวอย่าง และไลบรารี C++ แบบ header-only เพื่อให้ผู้พัฒนาเกมนำวิธีนี้ไปผนวกเข้ากับสายเรนเดอร์ของตน ซึ่งหมายความว่าช่องว่างจากกระดาษงานวิจัยไปสู่โค้ดในเอนจินเกมกำลังถูกถมให้แคบลงอย่างเป็นรูปธรรม การที่งานวิจัย Ray Tracing Massive Amounts of Animated Geometry ได้รับรางวัล Wolfgang Straßer Best Paper Award ลำดับที่สามในงานประชุมด้านกราฟิกประสิทธิภาพสูง บ่งชี้อย่างหนึ่งว่าแนวคิดนี้ไม่ใช่แค่เทคนิคเฉพาะเจาะจงของแบรนด์เดียว แต่เป็นทิศทางที่วงการกราฟิกมองว่ามีความหมายต่ออนาคตของ gaming ray tracing performance ทั้งระบบ สำหรับเกมเมอร์ บทสรุปในตอนนี้คือ ถ้าผู้พัฒนาเกมและเอนจินหลักรับเทคโนโลยีนี้ไปใช้ ฉากที่เคยถูกลดความซับซ้อนเพราะกลัว VRAM แตกอาจกลับมามีต้นไม้ หญ้า ฝูงคน และเงาแสงสมจริงมากขึ้น โดยไม่ต้องแลกกับเฟรมเรตที่ดิ่งลงอย่างเจ็บปวด