آیا فناوری ردیابی پرتو در گوشی‌های هوشمند کاربردی است؟

کوالکام ضمن رونمایی از پردازنده‌ی Snapdragon 8 Gen 2، درباره‌ی قابلیت‌های گسترده و کارآمد این تراشه توضیحات زیادی ارائه داد؛ پشتیبانی از رهگیری پرتو (Ray Tracing) بدون شک یکی از جذاب‌ترین این قابلیت‌ها است. ردیابی پرتو امکان ارائه‌ی جلوه‌های گرافیکی واقع‌گرایانه‌تری در بازی‌های موبایلی را فراهم کرده و غول فناوری اهل سن‌دیگو با مجهز کردن تراشه‌ی پرچم‌دار خود به این قابلیت خود را برای رقابت با شرکت‌هایی مانند سامسونگ و مدیاتک، با تراشه‌های Dimensity 9200 و Exynos 2200 به میدان وارد می‌شود.

اما با‌توجه‌‌به این‌که تقریباً همه‌ی گوشی‌های پرچم‌دار سال ۲۰۲۳ به قابلیت رهگیری پرتو مجهز خواهند بود، آیا می‌توان انتظار داشت سال آینده گرافیک بازی‌های موبایلی با گرافیک بازی‌های کامپیوترهای شخصی و بازی‌های کنسولی نزدیک شود؟ آیا گیمرها واقعاً می‌توانند از مزیت‌های این قابلیت روی گوشی‌های هومشند خود بهره ببرند و تجربه‌ی مشابه تجربه‌ی گیمینگ با کامپیوتر را تجربه کنند؟

به این پرسش نمی‌توان پاسخ دقیقی داد؛ در اینکه ردیابی پرتو قابلیت بسیار جذابی برای گوشی‌های هوشمند است، شکی نیست، اما در این مسیر هموارده موانع متعددی وجود دارد که باید برطرف شوند؛ بنابراین، بررسی ظرفیت‌های نسل کنونی فناوری رهگیری پرتو روی گوشی‌های هوشمند ضروری به‌نظر می‌رسد.

راهکارهای پیاده‌سازی‌های ردیابی پرتو روی گوشی‌ها یکسان نیستند

ردیابی پرتو اصطلاحی گرافیگی است و شامل طیف گسترده‌ای از پیاده‌سازی‌های متفاوت می‌شود. این پیاده‌سازی‌ها را می‌توان در سطوح مختلفی از ردیابی پرتو در نظر گرفت که هرکدام مزایا و معایب مربوط به خود را دارند. اینکه گوشی‌های هوشمند از قابلیت مذکور پشتیبانی می‌کنند، به‌معنی ارائه‌ی جلوه‌های گرافیکی مشابه کنسول‌ها نیست.

کیفیت جلوه‌های بصری با استفاده از فناوری رهگیری پرتو به این موضوع بستگی دارد که آیا می‌توان کل صحنه را با آن رندر یا با رویکردی ترکیبی از این ویژگی فقط برای برخی جلوه‌ها استفاده می‌کند.

با‌‌توجه‌‌به اینکه کامپیوترهای شخصی و کنسول‌ها همچنان از رویکرد هیبریدی بهره می‌برند، قطعاً گزینه‌ی دوم در فضای گوشی‌های هوشمند اهمیت بیشتری دارد. در بالاترین سطح می‌توان با استفاده از رهگیری پرتو، نحوه‌ی انعکاس نور و بازتاب‌ها را از سطوح منحنی مثل آب یا شیشه ترسیم کرد؛ درحالی‌که پیاده‌سازی‌های سبک‌تر می‌تواند دقت سایه‌های اعمال‌شده را بهبود بخشند و به بازتاب بهتر در برخی سطوح کمک کنند. این موضوع هنوزهم خیلی خوب به‌نظر می‌رسد؛ اما نباید انتظار داشته باشید جلوه‌هایی شبیه کنسول‌ها دریافت کنید.

اطلاعات مختصری از معماری‌های ردیابی پرتو به‌کاررفته‌ی کوالکام و آرم وجود دارند که بینشی از عملکرد کلی این قابلیت ارائه می‌دهند. برای شروع هر دو معماری سرعت محاسبات تقاطع‌ها و مثلث‌ها را بهبود می‌بخشند؛ این دو ویژگی بلوک‌های اساسی پیاده‌سازی ردیابی پرتو را شکل می‌دهند. محاسبه‌ی تقاطعات پرتوها در این شرایط با استفاده از سخت‌افزار، چندین برابر سریع‌تر از نرم‌افزار است.

درحال حاضر فقط کوالکام از Bounding Volume Hierarchical (BVH) پشتیبانی می‌کند، البته درباره‌ی پردازنده‌ی گرافیکی Xclipse سامسونگ اطلاعی در دست نیست. تکنیک مذکور مشابه روشی است که انویدیا و AMD در گرافیک‌های پرچم‌دار خود از آن بهره می‌برند. شتاب‌دهنده‌ی BVH از آن جهت حائز اهمیت است که در افزایش سرعت انجام محاسبات ریاضی به کار می‌رود. این محاسبات در گروه‌های چندضلعی جستجو کرده و با یافتن تقاطع‌های مناسب از محاسبه‌ی جداگانه‌ی آن‌ها جلوگیری می‌کند و با این کار عملکرد رهگیری پرتو را سرعت می‌بخشد.

بدین‌ترتیب، با فرض اینکه قابلیت‌ها و تعداد پرتو‌ها با نمونه‌های آرم مشابه باشند، انتظار می‌رود پیاده‌سازی کوالکام نرخ‌فریم بیشتر و ردیابی پرتو با پیچیدگی‌های بیشتری را ارائه دهد. با این‌ اوصاف، جنبه‌های دیگری نیز برای افزایش سرعت ردیابی پرتو ازجمله حذف نویز و مدیریت حافظه وجود دارد که برای بهبود عملکرد، آن‌ها را به‌طوربهینه می‌توان تنظیم کرد. ما هنوز نمی‌دانیم آرم یا کوالکام برای این رفع این نیازها چقدر در بهینه‌سازی پردازنده‌ی گرافیکی خود پیشرفت کرده‌اند.

اوپو ادعا می‌کند موتور PhysRay آن با انتقال از نرم‌افزار به شتاب‌دهنده‌ی سخت‌افزاری در Snapdragon 8 Gen 2 تا پنج‌برابر سریع‌تر عمل می‌کند. هم‌زمان هم ARM به ارتقای سه‌برابری عملکرد پردازنده‌ی گرافیکی Immortalis G715 در سخت‌افزار داخلی خود، درمقابل معیارهای نرم‌افزاری اشاره کرده است. متأسفانه هیچ‌کدام از معیارها اطلاعات زیادی از عملکرد واقعی و قابلیت‌های گرافیکی که احتمالاً شاهد آن خواهیم بود، ارائه نمی‌دهند.

کوالکام خاطرنشان می‌کند از بازتاب‌ها، سایه‌ها، روشنایی‌های سرتاسری و تکنیک‌های مهم برای تولید جلوه‌های ردیابی پرتو مناسب پشتیبانی می‌کند. به‌ همین ترتیب، ARM می‌گوید از شطرنجی‌سازی (rasterization) هیبریدی برای افزایش نور‌ و سایه‌ها و بازتاب‌ها بهره می‌برد. بااین‌حال، لایه‌بندی این ویژگی‌ها به قدرت پردازشی بیشتری نیاز دارد و هنوز نمی‌دانیم اولین تراشه‌‌های گوشی‌های هوشمند چقدر می‌توانند از آن پشتیبانی کنند و چه نرخ‌ فریمی ارائه خواهند داد.

مقیاس عملکرد ردیابی پرتو روی گوشی‌ها مشابه کنسول‌های بازی نیست

درحالی‌که باید منتظر بمانیم و ببینیم بازی‌های موبایلی در واقعیت چه بهره‌ای از مزیت‌های فناوری رهگیری پرتو Snapdragon 8 Gen 2 خواهند برد، نکته‌ای که می‌توان با اطمینان از آن سخن گفت، این است که تراشه‌ی موبایلی برای بارهای گرافیکی زیر ۵ وات طراحی شده‌اند و از این‌ نظر به پای سطح عملکرد کنسول‌های بازی یا گرافیک‌های کامیپوترهای شخصی نمی‌رسند.

به‌عنوان مثال، جدیدترین گرافیک RTX 4080 انویدیا یک غول ۳۲۰ واتی است. درمقابل، پلی‌استیشن ۵ و ایکس‌باکس سری X نیز با توان ۲۰۰ وات کار می‌کنند که البته این رقم شامل مصرف پردازنده‌ی مرکزی و گرافیکی است. وضوح 4K با همه‌ی رنگ‌ها و جلوه‌های آن به‌سادگی برای ردیابی پرتو روی گوشی‌های هوشمند ارائه‌شدنی نیست.

نزدیک‌ترین تقریبی که درباره‌ی عملکرد ردیابی پرتو روی گوشی‌های هوشمند در دنیای واقعی مشاهده کرده‌ایم، از صحبت‌های اوپو درباره‌ی موتور PhysRay آن در رویداد Snapdragon Tech Summit به‌دست آمده است.

این شرکت خاطرنشان می‌کند که امکان دستیابی به نرخ ۶۰ فریم‌برثانیه با وضوح 720p به‌مدت ۳۰ دقیقه با Snapdragon 8 Gen 2 وجود دارد. این آمار مطلوب به‌نظر می‌رسد؛ اما به‌وضوح نشان می‌دهد که مسئله‌ی اصلی روی گوشی‌های هوشمند، نرخ فریم و وضوح تصویر است. ناگفته نماند پایداری عملکرد هم می‌تواند مشکل دیگر رهگیری پرتو روی گوشی‌های هوشمند باشد؛ چراکه این محصولات با‌‌توجه‌‌به نوع فرم‌فکتورشان، از سیستم‌های خنک‌کننده‌ی قدرتمند بی‌بهره هستند.

در رویداد Snapdragon Summit پیش‌نمایش‌هایی از عملکرد ردیابی پرتو Snapdragon 8 Gen 2 نیز ارائه شد. کوالکام انیمیشنی کوتاه به‌نمایش درآورد تا تأثیر فعال‌بودن رهگیری پرتو را روی آن ببینیم. با‌‌توجه‌‌به این ویدئو به‌راحتی می‌توان تفاوت را در نور و انعکاس‌ها و حتی روز و شب مشاهده کرد.

همچنین، نمایشگرهای کوچک گوشی‌های هوشمند برای اینکه عالی به‌نظر برسند، به وضوح بسیار زیادی نیازی ندارند. بازی‌های 720p با نرخ ۶۰ فریم‌‌برثانیه‌ یا 1080p با نرخ ۳۰ فریمبرثانیه با نورپردازی و انعکاس‌های جذاب‌تر، همچنان می‌توانند بهبود درخورتوجهی در گرافیک ایجاد کنند.

هنوز تا انتشار بازی‌های موبایلی سازگار با رهگیری پرتو فاصله داریم

مدیاتک و کوالکام هر دو در اطلاعیه‌های اخیرشان اعلام کردند اولین بازی موبایل با پشتیبانی از ردیابی پرتو در نیمه‌ی اول سال ۲۰۲۳ منتشر خواهد شد؛ درست زمانی‌که گوشی‌های مجهز به تراشه‌های سازگار با این فناوری به‌دست مصرف‌کنندگان خواهند رسید. انتشار بازی‌های جدید با پشتیبانی از این قابلیت زمان زیادی طول می‌کشد و احتمالاً سال‌ها زمان خواهد برد تا این تکنولوژی به جذابیت اصلی برای بازی‌های موبایلی تبدیل شود.

بازی‌های موبایلی در وهله‌ی اول باید سودآوری داشته باشند و این یعنی بازاری که مشتریان بیشتری دارد، به بازاری که تعداد انگشت‌شماری از گوشی‌های پرچم‌دار را هدف گفته است، ترجیح داده خواهد شد. اولین بودن همیشه در بازاریابی رایگان اهمیت دارد، اما پیاده‌سازی رهگیری پرتو درحال‌حاضر برای بسیاری از توسعه‌دهندگان بازی‌های موبایلی اولویت اصلی نیست و این رویه تا زمانی ادامه خواهد یافت که قابلیت مذکور روی تعداد زیادی از دستگاه‌ها ارائه نشود.

استفاده از ردیابی پرتو در بازی‌های کنسول‌ها نیز همین شرایط را داشت؛‌ بااین‌حال، مدیاتک اعلام کرده است همه‌ی استودیوهای اصیل بازی‌سازی چینی از همین حالا تلاش می‌کنند این قابلیت به بازی‌های خود اضافه کنند. شرکت‌های بزرگی مثل Tencent و Netease Games چین در فهرست شرکای کوالکام نیز مشاهده شده‌اند؛ بنابراین، شاید بازی‌های سازگار با رهگیری پرتو در برخی از بازارها زودتر از انتظار دردسترس قرار گیرند.

نکته‌ی مهم این است که با وجود تسلط کوالکام بر بازار تراشه‌های گوشی‌های هوشمند، قابلیت ردیابی پرتو می‌تواند با سرعت بیشتری دردسترس کاربران قرار گیرد. تعداد فزاینده‌ای از بازی‌ها احتمالاً به‌تدریج در سال‌های آینده از این فناوری بهره خواهند گرفت و بازتاب‌ها و نورپردازی‌های جذاب‌تری را روی این عناوین تجربه خواهیم کرد.

رهگیری پرتو ازطریق API محبوب Vulkan نیز نشان می‌دهد پورت‌های بین‌پلتفرمی بیشتر از همیشه اجرایی هستند؛ بنابراین، بازهم می‌توان در بلندمدت به آن امیدوار بود.

چه زمانی گوشی‌ جدید با پشتیبانی از رهگیری پرتو بخریم؟

امیدواریم این مقاله شما را متقاعد کرده باشد که درحال‌حاضر، برای خرید گوشی هوشمند جدید سازگار با رهگیری پرتو عجله نکنید. ما هنوز اولین بازی موبایلی که از این فناوری پشتیبانی کند، مشاهده نکرده‌ایم؛ بنابراین، نباید برای پذیرش اولیه‌ی آن، عجله کنیم. اگر بخواهیم صادقانه صحبت کنیم، حتی بهتر است منتظر نسل دوم پردازنده‌های گرافیکی موبایلی سازگار با ردیابی پرتو باشید تا پیچیدگی‌ها و مشکلات اولیه‌ی آن برطرف شود و عملکرد آن‌ها نیز تا حدودی بهبود یابد.

بااین‌حال، اگر قصد دارید گوشی هوشمند جدیدی بخرید و بازی‌ برایتان اولویت دارد، شاید ارزشش را داشته باشد تا سال ۲۰۲۳ صبر داشته باشید تا محصولات مجهز به ردیابی پرتو دردسترس قرار گیرند.