Многоядерная интегрированная схема для 3D-рендеринга в реальном времени

Корпорация Tops Systems, совместное предприятие, созданное Toyota Motor и Nihon Unisys, разрабатывает специализированную интегральную схему, предназначенную для трассировки лучей в режиме реального времени.

Трассировка лучей — один из основных способов рендеринга изображений. В графике он дает возможность создавать трехмерные сцены. Для этого прослеживаются траектории лучей, исходящих от источника освещения к каждому элементу сцены, а затем к наблюдателю.

На одном чипе будут находиться 73 гетерогенных ядра, выполняющих операции трассировки лучей, девять таких чипов будут интегрированы в единое решение. Вместе с поддержкой Full HD разрешения 1920 x 1080 скорость обработки изображений у этой многоядерной ИС должна составить 800 TFLOPS.

Чипы будут производиться по 45-нм технологии и будут работать на тактовой частоте 750 МГц. На плате площадью 17 мм2 интегрированы 130 млн. транзисторов.

Трассировка лучей предполагает выполнение множества параллельных операций: область изображения разделяется на множество зон, каждую из которых обрабатывает отдельное ядро.

Большинство алгоритмов 3D-рендеринга, например в играх и других графических приложениях, используют графический процессор в качестве акселератора. Разработчики Toyota Motors в данном случае отдали предпочтение гетерогенной специализированной ИС, поскольку таким образом можно использовать прямой рендеринг (трассировка лучей) на искривленных поверхностях (поверхность Безье) и не использовать метод полигонов, как делают большинство 3D рендеринговых систем. По сравнению с методом полигонов (разбиение поверхности объекта на множество многоугольников) трассировка лучей позволяет в случае с искривленными поверхностями более точно моделировать 3D-изображения.

Рендеринг от Toyota Motor, в отличие от традиционных систем трассировки лучей расщепляет видимый луч на 35 полос и высчитывает такие оптические свойства, как отражение и преломление объекта для каждой из 35 полос света.

Интегрированная схема будет применяться при проектировании автомобилей. Toyota Motor разработала свою собственную систему 3D-рендеринга в начале 1990-х и применяла ее для оценки таких элементов дизайна, как форма автомобиля, окрашивание поверхностей в тот или иной цвет. Таким образом компания могла обходиться меньшим количеством физических прототипов. Нынешняя разработка — специализированная ИС призвана стать еще более мощным средством для 3D-рендеринга.