Nvidias RTX-Grafikkarten gibt es nun seit drei Generationen. Grund genug, uns einige der wichtigsten RTX-Techniken, wie Raytracing,  DLSS, Reflex und Co. genauer anzusehen.

Jahrelang liefen Nvidias Grafikkarten unter der Bezeichnung „Geforce GTX“, 2018 wechselte der Name zu „Geforce RTX. Die damals neue RTX 20xx-Serie brachte echtzeitberechnetes Raytracing auf den Gaming-Markt. Damit können Videospiele deutlich realistischere Spiegelungen, Schatten und Licht(strahlen) nutzen. Blockbuster wie Battlefield V und Metro Exodus zeigten, was die neue Technologie alles bieten kann.

Seitdem hat sich viel getan und Nvidia hat neben Raytracing weitere spannende Konzepte und Techniken mit den RTX-Grafikkarten ermöglicht. Nvidias KI-Technologie DLSS ermöglicht hohe Frameraten mit verbesserter Bildqualität auch bei schwächerer Hardware, Reflex sorgt für eine bessere Reaktionszeit durch niedrigere Latenzen und ist dadurch besonders für actiongeladene, schnelle Titel spannend. Und auch Raytracing selbst hat sich dank nun möglichem „Full Raytracing“ (Pathtracing) stark weiterentwickelt.

Nvidia DLSS: Lässt Videospiele flüssiger laufen

DLSS steht für „Deep Learning Super Sampling“ und wurde 2019 eingeführt, exklusiv für die damals neuen RTX-Grafikkarten. Es ist eine Upscaling-Technologie, die die verbauten Tensor-Kerne nutzt.

Im Grunde funktioniert DLSS wie folgt: Das Spiel wird in einer niedrigen Auflösung von der Grafikkarte berechnet. Das ist aufgrund der geringen Auflösung sehr sparsam und ermöglicht es, mit den Details oder FPS deutlich höher zu gehen als bei der nativen Auflösung. : „Mit Hilfe von KI und der RTX-Tensor-Kerne generiert DLSS ressourcenschonend ein neues Bild in einer höheren Auflösung und verbessert die Bildqualität. Es wird nachgeschärft, Details werden ergänzt etc. Da die Spiele- und die Hochskalierung parallel funktionieren, kann damit ressourcenschonend und flüssig gespielt werden.

„Das ist vor allem für Raytracing und Full Raytracing ein guter Tipp, da die Echtzeitberechnungen von Spiegelungen und Licht sehr anspruchsvoll und rechenintensiv sind. Ein Spiel wie Cyberpunk 2077 mit hohen Details und Full Raytracing kann so von knapp 40 FPS (nativ) auf locker 70 FPS (DLSS) gebracht werden.“

Es gibt mit DLDSR (Deep Learning Dynamic Super Resolution) auch das technische Gegenteil: Ein Spiel wird in einer sehr hohen Auflösung intern berechnet und mittels Algorithmus dann runterskaliert. Vorteil ist hier eine deutlich höhere Bildschärfe als bei einer nativen Auflösung. DLSS bietet auch eine eigene Art von Anti-Aliasing (DLAA), die erstaunlich gut funktioniert – allerdings derzeit nur bei der nativen Auflösung und nicht bei Upscaling oder Downscaling.

Inzwischen ist DLSS bei Version 3.7 angekommen und beherrscht sogar künstliche Erzeugung von Frames (Frame Generation), um das Spielgeschehen flüssiger zu gestalten. Hierbei analysiert ein Algorithmus zwei aufeinanderfolgende Bilder und erstellt „quasi ein Zwischenbild“. Damit wirkt der Ablauf auf dem Bildschirm flüssiger und die Bewegungen sind weniger ruckelig.

Nvidia Reflex: Schnellere Reaktionen

Jede Komponente am und im PC reiht sich in die Schlange an abzuarbeitenden Befehlen ein. Deshalb kommt es zu einer gewissen Verzögerung bei einer z.B. Mausbewegung und der Reaktion auf dem Bildschirm. Die Mausbewegung muss erst über diverse Wege (Motherboard, CPU etc.) gehen, bis eine entsprechende Bewegung am Bildschirm (über die GPU) passiert. Hier setzt Nvidias Reflex an und will diese Befehlskette optimieren, damit beim Zocken die Eingaben (Maus und Tastatur) noch schneller auf dem Bildschirm umgesetzt werden können. Der wichtige Begriff ist hier „Systemlatenz“.

Manche actiongeladenen Spiele, wie z.B. Counter Strike 2, bieten in den Einstellungen die Option für „Nvidia Reflex“. Dabei ist Nvidia Reflex keine allgemeingültige Funktion, sondern eine optionale Einstellung, die Spielehersteller anbieten können, aber nicht müssen (leider). In Kombination mit schnellen Bildwiederholraten bei Monitoren kannst du damit schneller auf Gegner reagieren und einen Vorteil ergattern.

NVIDIA Raytracing: Licht und Spiegelungen in Echtzeit

Anstoß für viele Fortschritte in der aktuellen GPU-Szene ist und bleibt aber Raytracing, das 2018 von Nvidia auf den Massen-Markt losgelassen wurde. Ganz neu ist die Idee nicht: Bereits 1982 wurde in Japan (Osaka) ein interaktives Raytracing für ein LINKS-1 Computer Graphics System gebaut. All die Jahre danach war das Thema vor allem bei Universitäten und Forscher*innen groß, da es bei Simulationen und Berechnungen hilft.

Klassisch werden Spiegelungen und Licht von der Spiele-Engine verwaltet. Ein Designer bzw. eine Designerin gestaltet eine Szene in einem Editor und verbaut dort eine Lichtquelle (z.B. eine Deckenlampe). Die Engine berechnet wo die Lichtstrahlen hinfallen und wo Schatten sein soll. Das Ganze funktioniert eher statisch und wenig physikalisch korrekt, da Rechenleistung gespart werden soll. Damalige Grafikkarten wären mit der Echtzeitberechnung total überfordert gewesen.

Mit den RTX-Karten und den dort verbauten Raytracing-Kernen hat Nvidia ganz spezielle Recheneinheiten veröffentlicht, die vergleichsweise „leicht“ Raytracing verwalten können. In der ersten Generation (RTX 20xx) ging nur ein gewisses Maß an Echtzeitberechnung, mit jeder nachfolgenden GPU-Variante (RTX 30xx und 40xx) wurde die Berechnung schneller und ressourcensparender. Weshalb nun mehr Dinge (Spiegelungen und Lichtquellen) berechnet werden können und die Grafikkarten effizienter arbeiten.

Wenn du mehr über Nvidias Art der Raytracing-Berechnung wissen willst (und warum diese so effizient funktioniert), kann ich dir das folgende Video „Ray Tracing: How NVIDIA Solved the Impossible!“ nur empfehlen.

Tatsächlich ist der Gaming-Markt für Nvidia vergleichsweise unwichtig, auch wenn die meisten Nvidia nur über die Gaming-GPUs kennen.

Nvidia Fazit: Der grüne König

Nvidia ist derzeit der absolute Grafikkarten-König. Die meisten verkauften Grafikkarten, die stärkste Leistung, die beste Raytracing-Technik und einiges mehr. Kein Wunder, der gigantische Konzern hat das nötige Kleingeld, um die Forschung und technische Entwicklung voranzutreiben. In Sachen RT hinkt die Konkurrenz von AMD und Intel noch hinterher. Zwar können das rote und blaue Team auch Raytracing berechnen und haben Upscaling-Technologien präsentiert, hinken aber deutlich hinterher.

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via Nvidia, Nvidia GeForce YouTube