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Qué es el Ray Tracing, tarjetas gráficas compatibles y evolución en gaming

Gaming y videojuegos#tarjetas gráficas
Ángel Aller.29 de diciembre de 2021 - Última actualización: 26 de octubre de 2023

Fue NVIDIA quién presentó el Ray Tracing, desvelándonos qué es en 2018. Ha mejorado, y, AMD, Sony o Xbox también apuestan por él en sus GPUs y consolas next-gen.

que es el raytracing

El famoso trazado de rayos fue presentado por NVIDIA con su arquitectura Turing en 2018, siendo las RTX 2000 las primeras GPUs de consumo que equiparon esta tecnología. Al principio, eran pocos juegos los que la soportaban, pero AMD continuó la apuesta en RDNA con las RX 6000, como Sony y Microsoft en sus PS5 y Xbox Series. 

Desde entonces, ha evolucionado mucho.

Qué es el Ray Tracing

El Ray Tracing se define como una técnica de renderizado que se basa en el trazado de muchos rayos provenientes de distintas fuentes de luz, calculando los rebotes de cada uno sobre los objetos de una escena. La principal virtud del raytracing es una iluminación súper realista, ofreciendo sombras dinámicas en los objetos 3D de una escena.

Calcular todos los rebotes de luz exige un hardware muy potente, y lo cierto es que esta tecnología no es nueva: NVIDIA lleva desarrollándola 7 años junto con la colaboración de Universidades de todo el mundo (incluso la de Barcelona). Sin embargo, las necesidades de un hardware potente hacían inviable poder traer esta tecnología al mercado gaming.

Por ello, NVIDIA tenía 2 opciones: equipar las GPUs con un hardware extremadamente potente y costoso, o conseguir optimizar todo el cálculo derivado de los rebotes de los rayos. Así que, NVIDIA decidió seguir ofreciendo un gran hardware (dentro de los márgenes de beneficio) y presentar Deep Learning Super Sampling como la solución al problema.

Así nació el DLSS, del que luego hablaremos en profundidad, un software que hace uso de la Inteligencia Artificial y el Machine Learning para entrenar a las GPUs a la hora de usar Ray Tracing (o sin usarlo). Aunque el DLSS era clave para dar viabilidad al Ray Tracing, la RTX 2060 fue criticada por tener potencia insuficiente para jugar en Ultra y 1080p con RT activado por allá en 2019.

Debido al nacimiento del raytracing, NVIDIA equipó las RTX 2000 con nuevos núcleos:

  • RT Cores, encargados específicamente del procesamiento de Ray Tracing.
  • Tensor Cores, microchips encargados de realizar operaciones matemáticas, posibilitando el Machine Learning en tiempo real y acelerando las funciones basadas en IA (DLSS).

Fue tal avance el Ray Tracing, que para disfrutarse en un videojuego tenía que usarse DirectX 12 Ultimate o DXR, APIs que debían soportar los videojuegos para poder activar el Ray Tracing. Una cuestión importante es que habilitar el Ray Tracing en un videojuego era una cuestión exclusiva del desarrollador de juegos (Ubisoft, Activision, EA, Bethesda, etc.).

Por este motivo, al principio vimos poco soporte de videojuegos con Ray Tracing: Battlefield V, Wolfestein Youngblood, Metro Exodus, Control, Call of Duty: Modern Warfare, Shadow of the Tomb Raider, Minecraft, etc. Es decir, pocas empresas apostaban por esta tecnología.

qué es el Ray Tracing

Además, al ser soportado únicamente por GPUs NVIDIA, los desarrolladores de juegos se centraban en la API de NVIDIA, ¿cuál es el problema? Qué tras la salida de las AMD Radeon RX 6000, muchos juegos que soportaban Ray Tracing no eran compatibles con la API que usa AMD: tenemos una GPU con RT que no puede habilitarlo en ciertos juegos.

Más tarde, en 2020, se presentaron las NVIDIA RTX 3000, las cuales actualizaban esos RT Cores y Tensor Cores con mejoras, así como equipaban más CUDA Cores que las anteriores (al menos en las gamas altas). AMD decide apostar por el Ray Tracing y crea la arquitectura RDNA 2, la cual está presente en sus RX 6000, en la PS5 y en las Xbox Series.

Entre 2018 y 2021, se ha visto como el Ray Tracing se ha ido imponiendo como una mejora clave para el realismo de los videojuegos. AMD aseguraba que el Antialiasing era mejor que el Ray Tracing, pero se ha tenido que rendir a la obviedad, y los hechos hablan por sí solos: todo RDNA 2 soporta RT.

Conforme han ido pasando las siguientes generaciones (Turing, Ampere, Ada Lovelace, Blackwell, etc.), hemos visto que NVIDIA ha ido mejorando sus Tensor Cores y RT Cores, clasificándolos por “generación”.

Qué es un rayo

Parece una pregunta con una respuesta obvia, pero no lo es: no nos referimos a los rayos de Sol o a los rayos que nacen de las tormentas. NVIDIA entiende como “rayo” aquel que surge en un punto del espacio (XYZ) y que va hacia una dirección concreta. De aquí surge el Ray Casting, una herramienta que se usa para renderizar.

A nivel computacional, el primer uso del Ray Tracing es a través del Ray Casting.

DLSS o Deep Learning Super Sampling, la clave para que todo funcione

nvidia dlss

Considerado como una de las mejores innovaciones en el mundo de los gráficos 3D de los últimos 10 años, el DLSS surge para dar viabilidad al Ray Tracing en videojuegos, como en herramientas profesionales (últimas actualizaciones).

¿Qué es el DLSS? Se trata de una tecnología basada en la red neuronal de Deep Learning (aprendizaje profundo) que hace uso de la IA y el Machine Learning para entrenar a la GPU. El aumento de rendimiento se consigue a través de renderizar una imagen (frame) a una resolución más pequeña (480p, por ejemplo) para, luego, reescalarla a una resolución más grande: a la que estemos jugando.

Así, se consigue que la GPU trabaje menos: renderiza frames a una resolución mucho menor. Sin embargo, hay un “pero”: la reducción de calidad de imagen final, uno de los retos del DLSS. Hemos visto que FidelityFX Super Resolution tiene más complicaciones para no reducir la calidad de imagen final, pero DLSS lo hace francamente bien.

¿El motivo? Todo puede radicar en el desarrollo software de AMD, ya que no hacen mención a la inteligencia artificial o a los modelos de aprendizaje. Digo esto porque Intel XeSS ha demostrado ser más interesante que la solución de AMD, y no es causalidad que utilice la IA en su pipeline.

El objetivo inicial era claro: conseguir que el usuario pudiese jugar a 60 FPS o más con su GPU GeForce RTX 2000 usando Ray Tracing. No obstante, se dieron cuenta que DLSS aumentaba el rendimiento con o sin Ray Tracing, así que ganaban todos.

En un principio, el DLSS solo servía para quienes jugaban a QHD (1440p) o 4K (2160p), quedándose los gamers que jugaban a 1080p fuera de poder usar esta tecnología. Finalmente, NVIDIA actualizó el DLSS para quienes jugasen a esa resolución con la finalidad de que se beneficiasen de las ganancias de FPS.

nvidia dlss

Desde 2019, hemos visto cómo NVIDIA ha lanzado distintas versiones de DLSS, pero sucedió algo inédito el 1 de diciembre de 2022: llega DLSS 3 y solo es compatible con las RTX 4000. Cierto es que DLSS siempre ha estado limitado a las RTX, pero nadie esperaba que DLSS 3.0 estuviese limitado a las RTX 40 en adelante.

Esto fue un varapalo para los usuarios que tenían RTX 30, y NVIDIA argumentó que la decisión se debía a cuestiones arquitectónicas, concretamente a los Tensor Cores de 4ª generación. Al parecer, no mostraba compatibilidad los Tensor Cores de 3ª generación, como era el caso de las RTX 3000.

Todo el mundo quiere DLSS 3 o las versiones posteriores porque traen Frame Generation, una tecnología que permite aumentar hasta 3 veces los FPS en los juegos que lo soporten. Donde más avance se ha hecho es en las resoluciones QHD y 4K, que es donde más FPS se necesitan.

AMD contraatacó con FSR 3 y Fluid Motion, pero ha tardado casi 1 año más en llegar respecto a competir con NVIDIA. 

Tensor Cores y RT Cores, el binomio que hace posible el Ray Tracing

tensor cores

Empezando por los RT Cores, son unos núcleos que se encuentran dentro de la GPU cuyo propósito es hacer cálculos complejos sobre el rebote de los rayos. NVIDIA pensó que hacer honor a Julio César con divide y vencerás era buena idea, y pasado 5 años podemos decir que sí lo era.

Básicamente, los CUDA Cores otorgan el trabajo del cálculo de trazado de rayos a los RT Cores, cuyos resultados sirven para representar la escena y las sombras correctamente.

Pensad que toda la geometría de la escena está estructurada como BVH, y la escena no es más que un espacio 3D. Los RT Cores buscan los rayos y sus interesecciones dentro de la estructura BVH, y no os podéis ni imaginar el volumen de operaciones que realizan y a qué velocidad, ¡es a tiempo real!

Ahí es donde aparecen los Tensor Cores, que trabajan a posteriori empleando Deep Learning (campo especializado del Machine Learning), un modelo de entrenamiento de inteligencia artificial.

No es fácil explicar cómo funcionan los Tensor Cores, y aquí vamos a derivaros a NVIDIA porque mejor que ellos para explicaros su propia tecnología… no hay nadie.

NVIDIA ha desarrollado estos Tensor Cores desde 2018, y la 1ª generación llegó con las GPUs basadas en la arquitectura Volta (V100). Después, llegó Turing con la 2ª generación, Ampere con la 3ª y Hopper o Ada Lovelace con la 4ª generación.

Muy bien, pero, ¿para qué sirve en gaming? En teoría, para que DLSS haga su función, ya que los CUDA Cores son núcleos de propósito general. Si algo es sabido, es que los procesadores de uso general no rinden bien con aplicaciones de Machine Learning o Deep Learning.

Después de usar una técnica de reescalado como es DLSS, ganaremos FPS, pero perderemos calidad de imagen, ¡aun usando el preset de Calidad! Hasta ahora, de todas las técnicas que coexisten en el mercado, NVIDIA DLSS es la que más calidad ofrece, además de un aumento de FPS importante.

Los Tensor Cores ayudarían a mejorar la calidad de imagen que vemos en la salida tras aplicar DLSS, pero hay fuentes que aseguran que NVIDIA no hace prácticamente uso de estos núcleos.

Ray Reconstruction

ray reconstruction

Aunque ya le dedicamos a Ray Reconstruction un apartado especial, es una característica que vino con DLSS 3.5 que me parece interesante destacar. Se trata de una especie de renderizador neuronal que usa al IA para mejorar aún más la nitidez de imagen de Ray Tracing. Reemplaza los Denoisers manuales por una red de inteligencia artificial.

Se ha comprobado que los denoisers provocan iluminaciones inexactas y artefactos que no deberían existir. De esta manera, veremos unos reflejos más reales, además de una calidad de imagen mejorada.

ray reconstruction

Respecto a aumentos de FPS, no es que NVIDIA se centrara en ello, sino que decidieron enfocarse en lo que respectaba a la calidad de imagen.

Qué tarjetas gráficas y consolas tienen Ray Tracing

A finales de 2021, las únicas tarjetas gráficas con Ray Tracing son las siguientes:

  • Desde NVIDIA RTX 2000 en adelante (incluidas las GPUs portátiles).
  • Desde las RX 6000 de AMD (incluidas las RX 6000M).
  • PlayStation 5.
  • Xbox Series X y S.

¿En el futuro? Es posible que en el futuro el Ray Tracing llegue a la Nintendo Switch 2, pero lo que es seguro es que continuará existiendo con las RX 7000 y las RTX 4000, las cuales traerán novedades mucho más interesantes (como el diseño MCM) que el propio Ray Tracing.

De hecho, se habla de que la Nintendo Switch 2 podría venir con NVIDIA DLSS, lo que sí sería un avance en toda regla porque permitiría ganar muchos FPS y hacer una viabilidad en 1080p mucho más clara.

Hasta ahora, hemos ahondado en las mejores consolas portátiles y nos estamos dando cuenta de que 1080p es el punto de partida. Todavía es pronto para hablar de QHD o 2K en consolas portátiles porque la mayoría vienen con Windows o Android bajo el brazo, distanciándose de ello la Steam Deck o la Nintendo Switch OLED.

¿Quieres una GPU con Ray Tracing? Aquí te dejamos unas propuestas.

  • Aquí tienes las GPUs AMD.
  • Aquí tienes las GPUs NVIDIA.
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