Asus PhysX P1

Ageia julkaisi ensimmäiset suunnitelmat fysiikkaprosessorin tuomisesta PC-pelimarkkinoille yli vuosi sitten. Komponenttivalmistajien ja pelinkehittäjien tuen avulla Ageian Physics Processing Unit (PPU) -sirun sisältävät apukortit ovat viimein saapuneet kauppojen hyllyille. Asus toimitti Muropaketin testipenkkiin uutuuttaan kiiltelevän PhysX P1 -kortin, jonka jälleenmyyntihinta Suomessa on noin 300 euroa.

Fysiikka-apuprosessorin tehtävä on yksinkertaisemmillaan laskea fysiikkamallinnuksen laskuja pääprosessorin sijasta. Tilanne on hyvin vastaavanlainen, kuin joitakin vuosia sitten ensimmäisten 3D-näytönohjaimien ilmestyessä markkinoille. Tiettyä tehtävää varten optimoitu apuprosessori mahdollistaa aiempaa suuremman suorituskyvyn ja laadun tehtävässään. PhysX-fysiikkakortin hyödyntäminen peleissä ja ohjelmissa vaatii erillisen tuen. Tällä hetkellä PhysX-tuella varustettuja pelejä ei juuri ole ja teknologiademotkaan eivät käytä kaikkia kortin mahdollisuuksia hyväkseen.

Artikkelissa tutustutaan kortin tarjoamiin ominaisuuksiin nyt ja tulevaisuudessa, luodaan katsaus pelivalikoimaan ja testataan korttia muutamilla markkinoilta löytyvillä PhysX-tuen sisältävillä peleillä.

PPU, GPU ja CPU

Nykyaikaiset pelit kuluttavat prosessoritehoa pelin perustoimintojen lisäksi muun muassa mahdollisimman realistisen tekoälyn ja fysiikanmallinnuksen luomiseen. Rajallisten resurssien vuoksi useimmat tähän mennessä julkaistut pelit sisältävät harmillisen vähän rikottavia tai muuttuvia kohteita, luonnollisesti virtaavia nesteitä, vaatekappaleita tai savuefektejä. PhysX-apuprosessorin tarkoitus onkin puuttua ongelmaan tarjoamalla enemmän resursseja realistisen mallinnuksen tuottamiseen. Ideana on lisätä laatua suorituskyvyn siitä heikkenemättä.

PPU-prosessorin tehtävänä on siis tarjota realistista fysiikanmallinnusta pelinkehittäjien kehittämien kikkakolmosten ja etukäteen määriteltyjen tapahtumien sijaan. Asiat ja esineet reagoivat toisiinsa luonnollisesti ja lopputulos on toivottu. Apuprosessorin voimaa voidaan hyödyntää tulevissa pelinimikkeissä esimerkiksi seuraavissa asioissa:

• Räjähdyksissä, jotka nostavat pölyä ja kappaleita ilmaan
• Pelihahmoissa, joiden liikkuminen ja toiminta ovat aiempaa realistisempaa
• Erilaisten aseiden tuottamiin efekteihin (gravitaatioase)
• Vaatteisiin ja vaatekappaleisiin, jotka liikkuvat ja rikkoutuvat kuten kuuluukin
• Kasvillisuus, joka liikkuu luonnollisesti
• Sumu ja savu, jotka aaltoilee liikkuvien kappaleiden ympärillä

Prosessorilla suoritettaviin laskutoimituksiin verrattuna PPU:n etuna on muun muassa erittäin nopea sisäinen muistiarkkitehtuuri. Ageia ilmoittaa PhysX:n sisäiseksi muistikaistan leveydeksi peräti kaksi terabittiä sekunnissa, joka on monin verroin enemmän kuin nopeimmissa kaksiytimellisissä prosessoreissa. Moniytimellinen PhysX-prosessori kykenee suorittamaan peräti 20 miljardia laskutoimitusta sekunnissa, ytimiä PhysX-suorittimessa on kymmeniä. Fysiikan mallinnuksessa laskut ovat usein yksinkertaisia, mutta riippuvat toisista laskutoimenpiteistä. Moniytimellinen rakenne, joka kykenee laskemaan yksinkertaisia laskutoimenpiteitä suurella nopeudella ja mukautumaan toisten ytimien tuottamiin tuloksiin, on fysiikanmallinnuksessa toimiva. Perusprosessoriin nähden PPU:n suorituskyky on aivan eri tasolla.

Fysiikanmallinnus näytönohjaimien ohjelmoitavia Shader-yksiköitä apuna käyttäen on saavuttanut paljon huomiota. Vertailu GPU:n ja PPU:n ominaisuuksissa paljastaa kuitenkin huomattavan määrän ongelmakohtia. Fysiikan mallintaminen näytönohjaimella ei ole hidasta, mutta verrattuna PPU:n suorituskykyyn, se on vähintäänkin tehotonta. Suurin ongelma GPU:lla on sisäinen muistiväylä, jonka suorituskyky uusimmissa näytönohjaimissa on noin 350 gigabittiä sekunnissa. Lisäksi GPU:ien rakenne ei salli esimerkiksi Shader-yksikön lukevan tietoa muistista, muuttavan sitä ja tallentavan muutetun arvon takaisin muistiin. Ongelmat on mahdollista ratkaista kiertämällä, mutta suorituskyky on edelleen selvästi asiaa varten suunniteltua PPU:ta heikompi.

PPU:ta heikompi suorituskyky ei ole kuitenkaan GPU:ien ongelma, tehoa on pelkkään CPU:iin verrattuna selvästi enemmän ja lähes jokaisen pelikoneen syövereistä löytyy jo riittävät ominaisuudet sisältävää rautaa. Uusimmat pelit ovat kuitenkin lähes poikkeuksetta näytönohjainrajoitteisia kuluttajahintaisilla tuotteilla ja resursseja fysiikan mallintamiseen näytönohjaimella ei yksinkertaisesti ole. SLI-kokoonpanoissa tehoa on usein yllin kyllin ja toisen näytönohjaimen valjastaminen fysiikanmallinnuksen käyttöön saattaa olla hyvä idea.

NVIDIA ja ATI ovat kilpaa toistensa kanssa kehuneet näytönohjaimiensa suorituskykyä fysiikanmallinnuksessa prosessoreihin nähden. Ratkaisu on hyvä, mutta erillinen fysiikkakortti on suorituskyvyn kannalta edelleen ylivoimainen ratkaisu ja tätä NVIDIA ja ATI eivät voi kieltää.