Nvidia'nın Maxwell mimarisi ne getiriyor?

Eğer GPU teknolojilerini takip eden biriyseniz, bazı yeni kartların ortaya çıktığını ve hatta Maxwell adlı bir yenilik için büyük bir heyecan olduğunu fark etmiş olabilirsiniz. Maxwell, Nvidia'nın yeni GPU mimarisinin adı ve en son Nvidia kartlarının temelini oluşturmakta. Maxwell, Kepler'in yerini alan mimari ve Kepler mimarisi, Titan dahil olmak üzere marketteki en güçlü kartlarda kullanılmaktaydı. Şu anda bu yeni mimariyi kullanan dikkat çekici dört kart ise GTX 750, GTX 750 Ti, GTX 970 ve GTX 980...

Maxwell, eski GPU tasarımlarından birkaç ilgi çekici özellikle ayrılmakta ve yeni kartlar heyecan verici bazı yeni özellikler ile beraber gelmekte. Bu özelliklerin arasında geliştirilmiş VR performansı ve özellikleri de bulunuyor.

En önemlisi verim...

Geleneksel olarak, çoğu yeni mimarinin çip küçülmeleri ile yakın zamanlarda ortaya çıktıkları görülür. Çiplerin daha küçük ve daha düzgün üretilmeleri ile beraber, her bir santimetre kareye daha fazla çip sığdırılabilmekte. Ancak Maxwell için bu durum doğru değil. Maxwell, Nvidia'nın 20 nanometre çipler üzerinde çalışmaya devam etmesine rağmen, Kepler'in de kullandığı 28 nanometre boyutunu kullanmakta. Maxwell ile gelen gelişimler, çip boyutundan ziyade işlemci verimini arttırmaya yönelik ve mobil işlemcilerden bazı dersler alınmış durumda.

Nvidia, Kepler ile olan tecrübeleri sayesinde, normal bir işlem sırasında kartın bütün CUDA çekirdeklerinin aktif olmadığını fark etti. Bunların önemli bir kısmı, hemen her saat dönüşünde boş bir şekilde durmaktaydılar. Ancak her ne kadar bu çekirdekler boş dursalar da, teker teker kapatılmaları mümkün olmadığı için enerji çekmeye ve ısı üretmeye devam etmekteydiler. Nvidia bu sorunu çözmek adına CUDA çekirdeklerini pek çok küçük bloklara ayırarak her birine kendi komut mantığını yerleştirdi. Bu yöntem sayesinde çalışmakta olmayan çekirdekler kapatılabiliyor ve bunun sonucu olarak da her watt karşılığında alınan performans iki katına çıkıyor; ısı üretimi önemli bir ölçüde düşüyor. Nvidia, bu yöntemi mobil Tegra işlemcilerinde de kullanmaktaydı.

Bu işlemin bir diğer sonucu olarak da, daha düşük seviyede bulunan 750 ve 750Ti çipleri, altı noktalı güç kaynağı bağlantılarına ihtiyaç duymadan tamamen PCI gücü ile çalışabilmekte. Başka bir deyiş ile var olan PC'lerde ekstra bir donanım güncellemesine ihtiyaç duymadan kullanılabiliyorlar. Ayrıca, görüntü anlamında büyük bir güç tüketimi yaratmayan oyunlar ve yazılımlar da, bu yöntem ile sessiz bir "fansız" modda çalışabiliyor.

Ayrıca kartların, sıvı soğutuculara ihtiyaç duymadan basit bir soğutucu ile çok daha fazla overclock edilebildiği gerçeği var. Bu durum da yeni nesil GPU'ların performanslarının asıl kaynağını oluşturacak. Nvidia'nın söylediğine göre, mantık donanımına yapılan mimari gelişimler yüzde 35'lik bir performans artışı sağlıyor.

Geliştirilmiş Performans

Fiyat-performans açısından bakıldığında, son seri GPU'lar oldukça iyi bir konumda yer alıyorlar. Değiştirilmemiş GTX 980 ve 970, G3D Mark Benchmark değerlendirmesinde birinci ve üçüncü sıralarda yer alıyor ve her ikisi de oldukça beğenilmiş olan Titan'ın geliştirilmiş sürümü olan Titan Black'in üstünde yer almakta. Ayrıca, overclock seçeneği de düşünüldüğünde, her iki kartın var olan değerlerden çok daha yüksek bir değere sahip olacağına kesin gözüyle bakılabilir.

Daha düşük sıralamalarda yer alan kartlar da kendilerine göre oldukça iyi bir konumda yer alıyor. 750 ve 750Ti, fiyat-performans tablolarının en üstünde yer almakta. 150 doların altında bir fiyata düzgün bir orta seviye ekran kartı alabilmek, özellikle bu ekran kartlarının ayrı bir güç kaynağı istemedikleri düşünülürse, oldukça iyi bir teklif olarak gözüküyor.

Yeni Özellikler

Tabii ki bu yeni GPU'ların tek önemli yanları sıralamalarda ne kadar yukarıda yer aldıkları değil. Maxwell ile beraber Nvidia'nın bazı yeni özellikleri de masaya getirdiği gözüküyor. Gelişmelerin yapıldığı en önemli üç alan ise anti-aliasing, ray tracing ve sanal gerçeklik desteği.

Bu özelliklerin tamamı henüz bizlere sunulmuş değil ancak çok yakın zamanda kullanılmaya başlanacaklar ve oyunları nasıl oynadığımızı büyük oranda değiştirecekler.

MFAA

Anti-aliasing, grafiklerin farklı doğalarından kaynaklanan hataları ortadan kaldırma teknikleri için kullanılan genel bir terim. Eğer bir objenin kenarında yer alan bir pikseli resimlemeye çalışırsanız, tarama algoritmanız size bunun kenarın üstünde veya dışında olduğunu söyleyecektir. Bunun sonucu olarak da sert ve düzgün olmayan bir kenar ortaya çıkacaktır. Bu durumun çözümü ise her pikseli ufak farklarla birkaç kez test etmekten geçiyor. Bu testlerin sonucunda nesnenin kenarındaki piksellerin bir kısmı kenarın üstünde bir kısmı ise dışında oluşarak daha düzgün bir kenar ortaya çıkıyor. Sonuç olarak pek çok anti-aliasing sistemi bir pikseli birden fazla kez test etme üzerine kurulmuş durumda.

MFAA ise göreceli olarak yeni bir anti-aliasing türü ve pek çok pikselin "frame"ler (her saniyede karşımıza çıkan çok sayıdaki kare) arasında büyük bir değişiklik yaşamadığı gözleminden ortaya çıkıyor. Başka bir deyiş ile, eğer bir pikselin bir önceki frame'de bulunduğu nokta ile arasında büyük bir fark yoksa, MFAA sistemi bir önceki bilgiyi bu frame bilgisi ile birleştiriyor ve böylelikle pek çok gereksiz işlemden kurtulmuş oluyor. Bu yaklaşım, özellikle kare sayısı yüksek olan oyunlarda çok fazla işe yarayabiliyor.

Maxwell, artık MFAA desteğini sunmakta ve böylelikle, özellikle düşük seviye bilgisayarlar ve konsolların sahip oldukları grafik seviyesini yükseltmeye yardımcı oluyor.

Voxel Global Illumination

Grafiklerdeki en büyük zorluklardan biri, ışığın bir yüzeyden diğer yüzeye nasıl hareket ettiğinin çözümlemesidir. Tam gölgelerin kullanımı, bilgisayar işlemi açısında oldukça düz ve işe yarar bir sonuç verse de, daha ince etkilerin tekrar edilmesi, genel olarak daha zor olabiliyor. Pek çok modern oyunun yok saydığı bir etki ise, ışığın bir yüzeyden diğer yüzeye olan hareketi: Renkler karışır, birbirlerine dokunmakta olan nesneler çevrelerine oldukça ince gölgeler saçarlar ve daha pek çok, normalde çok dikkat etmediğimiz ancak bilgisayar grafiklerine gerçeklik veren gölgeler oluşur. Tabii ki bu gölgeler oyunun yapımında ayarlanabilir ancak dinamik veya yansıtıcı nesneler için veya hareket eden ışıklar için çalışmamaktalar.

Ne yazık ki, bu etkileri gerçek zamanlı olarak hesaplamak oldukça zorlayıcı işlemlerden geçiyor. Bu sorunun çözümü için kullanılan yöntemlerden biri ise, "voxelization" olarak adlandırılan bir teknik ve bu yöntemle, sahnenin basitleştirilmiş bir hali bir algoritma yardımı ile etkili bir şekilde çözümlenebiliyor. Bu basitleştirilmiş sürümün sonucu olarak da daha gerçekçi ve gerçek zamanlı aydınlatmalar hızlı bir şekilde yaratılabiliyor. Maxwell, bu işlem için de donanım desteği sağlıyor.

VR Özel İşlevsellik

Sanal gerçeklik (VR) günümüzün en heyecan verici oyun teknolojilerinden biri olarak karşımıza çıkmakta ve Nvidia, bazı VR'a özel özelliklerin üzerinde çalışıldığını duyurdu. Bu özelliklerin arasında düşük gecikme modu, her-göz-için-bir-GPU SLI resimleme ve eş zamanlı olmayan zaman eğrisi bulunmakta. En önemli olarak görünen ise, VR'ın doğası gereği bulunacak olan hızlı hareketlerden kaynaklı düşük gecikme modu.

Her-göz-için-SLI, normalde SLI işleminden kaynaklanan gecikme olmaksızın birden fazla GPU'nun gücünden faydalanabilmenizi sağlıyor.

Eş zamanlı olmayan zaman eğrisi, ilk olarak John Carmack tarafından düşünülen ve resmedilmiş bir frame'in yeniden yansıtılmasını sağlayan sürücü tabanlı bir teknik. Başka bir deyiş ile, eş zamanlı olmayan zaman eğrisi sayesinde kullanıcının, yeni bir resim oluşturulmamışsa bile, resmedilmiş tek bir frame içerisinde "etrafa bakmasına" imkan tanıyor. Bu durumun sonucu olarak frame sayısı düşse bile, kullanıcıya akıcı bir görüntü sunulabiliyor ve böylelikle de düşük frame sayısı durumlarında oluşan "VR hastalığından" kurtulmak için bir yol gösterilmiş oluyor. Bu özellikler henüz bizlere sunulmuş değil ancak Nvidia, sürücülerin üzerinde çalıştığının garantisini vermekte.

Evrimsel bir sıçrayış, en azından şimdilik...

En üst seviye Maxwell GPU, performans listelerinin en üstünde yer alsa da, ikinci ile arasındaki fark çok büyük değil. Yaşanan gelişimlerin büyük bir kısmı, verimlilik artışı sağlayan daha "ince" geliştirmelerden kaynaklanıyor. Tabii ki bu geliştirmeler de oldukça değerli ve yüksek performanslı oyunları daha geniş bir kullanıcı kitlesine sunma imkanını sunuyor.

Bunun dışında, VR ve resimleme özelliklerinin oldukça etkileyici gelişmeler kaydettiğini de belirtmekte fayda var. Ancak bir önceki GPU'lara göre çok büyük bir performans artışı gözükmüyor. Tabii ki overclock olasılıkları ve Maxwell mimarisinin 20nm çiplerde kullanılması ilerleyen günlerde çok daha önemli gelişmeleri beraberinde getirebilir.

Sonuç ne olursa olsun, GPU teknolojisinin geleceğinin iyi bir yönde ilerlemekte olduğu kesin. Ancak henüz tam olarak ne yönde ilerlediğini kestirmek çok kolay değil...