Fisica e GPU: un connubio in declino

Nel corso del 2006 sia NVIDIA che ATI hanno presentato i propri approcci per gestire le elaborazioni legate alla fisica utilizzando non il processore, ma la GPU per questi calcoli. L'obiettivo non dichiarato era quello di vendere in ogni sistema destinato ai videogiocatori una GPU in più, quello invece espresso a più voci era la volontà di fornire un maggiore realismo delle scene 3D generate nei giochi più recenti, con una migliore e più realistica interazione degli oggetti dal piano fisico.

Come ottenere questo risultato, secondo la ricetta di NVIDIA e ATI di quel tempo? Abbinare una seconda GPU, o una terza nel caso di configurazioni multi GPU con tecnologia SLI o Crossfire, per veicolare buona parte delle elaborazioni legate alla fisica dei giochi verso la GPU. L'obiettivo era quindi quello di sfruttare la notevole potenza di calcolo delle più recenti GPU in commercio per elaborazioni parallele, sgravando da questo il processore di sistema e incrementando il numero di oggetti nella scena 3D con interazioni di tipo fisico.

Per analogia con quanto è avvenuto nel corso del 2007, lo spostare la fisica dei giochi dalla CPU alla GPU altro non è che una delle possibili interpretazioni dei modelli GPGPU, per i quali elaborazioni di tipo General Purpose vengono indirizzate dalla CPU alla GPU potendo in questo sfruttare la notevole potenza elaborativa di questi componenti.

la fisica secondo ATI, nel 2006: sino a 3 schede video per sistema, 2 per il rendering e la terza per la fisica

Tutto questo, oltre ad hardware e a driver in grado di sfruttare le risorse della GPU, richiede ovviamente anche un componente software integrato all'interno del codice dei vari giochi 3D. Il più utilizzato, soprattutto da ATI e da NVIDIA per mostrare le proprie tecnologie hardware, è stato quello Havok, con l'ultima evoluzione Havok FX a permettere, sulla carta, nuovi livelli di integrazione delle elaborazioni legate alla fisica degli oggetti nei più recenti giochi 3D.

Questa la teoria della gestione della fisica via GPU, quantomeno stando agli approcci di ATI e NVIDIA. All'atto pratico nessuna delle due aziende è stata capace di dare una concretizzazione ai propri approcci legati alla gestione della fisica nei giochi 3D, non tanto per mancanza di interesse da parte di queste due aziende quanto per il ridotto supporto nei giochi dato alle GPU per elaborazioni fisiche.

A questo si deve aggiungere il cambio radicale avvenuto all'interno di Havok: l'azienda è stata infatti acquistata da Intel nel corso degli scorsi mesi, con l'obiettivo per il produttore americano di assicurarsi una posizione importante all'interno del panorama delle schede video 3D sia pensando al lancio delle proprie soluzioni Larrabee, che in previsione della crescente importanza della fisica all'interno dei giochi dei prossimi anni.

In realtà il risultato non dichiarato al quale è arrivata Intel con l'acquisizione di Havok è stato sicuramente quello di fermare qualsiasi tipo di evoluzione di approcci di gestione della fisica via GPU. Il poco sviluppo portato avanti da NVIDIA e ATI per la fisica sulle GPU si è quindi definitivamente sospeso, in attesa che uno standard di mercato, nella forma di un set di API specifico per la fisica, faccia la comparsa.

Questo avverrà presumibilmente solo con le API DirectX 11, che Microsoft sta sviluppando in questo momento ma il cui debutto non è di certo atteso a breve. Con le DirectX 11 avremo un set di funzionalità addizionali specificamente pensate per facilitare la gestione della fisica ai games developer, con l'obiettivo quindi di creare scenari più realistici e, per i produttori di GPU, poter arrivare a implementare in modo più semplice le elaborazioni fisiche direttamente nella GPU.

SLI Physics: questo il logo NVIDIA per il proprio approccio alla fisica via GPU

Non possiamo tralasciare il ruolo svolto da Ageia, azienda che ha sviluppato sia una componente software per i games developer che una propria architettura hardware, una PPU (Physics Processing Unit) montata su schede dedicate dotate di connessione PCI oppure PCI Express. La diffusione di queste soluzioni, nonostante l'interesse di alcuni importanti OEM internazionali, è stata complessivamente molto ridotta, relegando Ageia ad una nicchia molto ridotta del mercato: in questo momento Unreal Engine, motore grafico utilizzato da Unreal Tournament 3 e da numerosi altri titoli di prossima commercializzazione, supporta queste architetture per una migliore gestione della fisica ma nel complesso si tratta di approcci non tali da giustificare, per l'ampio pubblico, l'acquisto di una PPU dedicata prodotta da Ageia.

Lo sgravare il processore di sistema dalle elaborazioni fisiche era un modello nato alla luce della limitata potenza di elaborazione delle GPU: poter togliere, almeno in parte, queste ultime da tutti i calcoli legati alla fisica, infatti, permette di rendere disponibili più risorse della CPU per altre elaborazioni legate ai giochi. In un mercato nel quale le architetture di CPU vanno sempre più verso approcci multicore, tuttavia, questa esigenza sembra sempre più venir meno, a meno che il modello di programmazione della fisica via GPU non permetta di ottenere radicali e tangibili benefici non tanto a livello prestazionale, quanto di realismo nella generazione della scena 3D.

E' in ultima analisi questo l'obiettivo dei games developer, ora che i budget per i giochi più complessi e i loro tempi di sviluppo si avvicinano a quelli dei film: poter fornire un'esperienza di gioco che sia la più completa e affascinante per il videogiocatore, ma che allo stesso tempo dia la sensazione di essere sempre più avvolti da un ambiente che sia non solo di gioco ma il più vicino possibile alla realtà.