Asus PhysX P1 – nova revolucija?

Nepobitna je činjenica da su moderne 3D igre jedan od glavnih pokretača industrije računala i računalnih komponenti namijenjenih običnim korisnicima. Prije desetak i više godina za kvalitetno uživanje u igrama bilo je bitno imati samo brz procesor i mnogo memorije, no s vremenom su u priču ušli zvučna kartica i još bitnije - 3D ubrzivač odnosno današnja grafička kartica. U zadnje vrijeme se u naša računala pokušava ugurati još jedan dedicirani procesor - AGEIA-in procesor Physx koji je namijenjen izračuvanju napredne fizike u igrama. Jedna od rijetkih tvrtki koja se odlučila za komercijalnu implementaciju ovog rješenja je Asus što i nije čudno s obzirom da se radi o tzv. tier 1 proizvođaču grafičkih kartica. Premda Physx nije grafički čip, namijenjen je korištenju u istim aplikacijama, igrama, pa je Asusova odluka da ga ponudi tržištu sasvim razumljiva.

Prije nego što se prihvatimo same kartice, pogledajmo što je zapravo AGEIA-in čip. Riječ je visoko paraleriziranom procesoru (dakle sličnom procesoru na modernoj grafičkoj kartici) koji je načinjen od oko 125 milijuna tranzistora. Prema službenim dokumentima, Physx je načinjen od nekoliko različitih jezgri (nije specificiran broj) od koji je svaka zadužena za određeni posao pri simuliranju fizike u igrama. Procesor ima veliku memorijsku propusnost od čak 2 terabita po sekundi koja mu omogućava istovremeno računanje fizike za velik broj čestica odnosno elemenata u sceni. S obzirom da su tehničke informacije na službenim stranicama proizvođača izrazito oskudne, detalji kao što su radna frekvencija procesora i njegova točna arhitektura nam nisu poznati. Čip inače proizvodi tajvanski TSMC u svom 130-nanometarskom proizvodnom procesu.

Što se tiče memorije, AGEIA je odlučila implementirati podršku za GDDR3 odnosno tip memorije koji se trenutno rabi na grafičkim karticama. Premda bi vjerojatno Physx mogao profitirati od brže memorije, GDDR3 je odabran kao najbolji omjer cijene i mogućnosti. Standardna količina memorije koju koristi AGEIA-in procesor je 128 MB, s 128-bitnim pristupom.

Physx prema AGEIA-inim navodima omogućava :

• korištenje desetaka tisuća čestica za realističnu simulaciju gibanja fluida (tekućine i plina) te čvrstih objekata na bazi brzih izračuna obujma, gustoće i tlaka
• realistični prikaz tijela i gibanja tijela načinjenih od više elemenata
• realno simuliranje interaktivnog okruženja pomoću izračuna sudara, količine gibanja i brzine
• realni prikaz savijanja tkanine, kose i raslinja "intelignentnim" izračunima na bazi krutosti i napetosti materijala

Podrška za sve ove efekte implementira se preko AGEIA-inog SDK-a (Software Developer Kit), a lista naslova koji trenutno podržavaju tehnologiju je prilično kratka. Listu naslova koji već postoje i onih koji su u izradi možete pogledati na AGEIA-inim službenim stranicama. Od naslova koji podržavaju AGEIA-inu tehnologiju, a prisutni su na tržištu je najpoznatiji novi Ghost Recon - Advanced Warfighter.

Sad se sigurno pitate zašto nam je za sve ovo uopće potreban odvojeni specijalni procesor s obzirom na nagli proboj dvojezgrenih, a uskoro i višejezgrenih procesora, te brzinu razvoja grafičkih čipova. Prema AGEIA-inim navodima, Physix nudi višu internu propusnost te arhitekturu optimiziranu za fizičke izračune nasuprot arhitekturi koja nije dizajnirana za neki posebnu namjenu (dakle imaju tzv. opću namjenu - eng. geneal purpouse CPU). Ako ga pak usporednimo s grafičkim procesorom, Pyhsx ima mnogo veću internu memorijsku propusnost što je nužno za fizičke izračune koje nije moguće obrađivati odvojeno (drugim riječima, čestice za koje se računa fizički model utječu jednu na drugu, što u većini slučajeva nije prisutno kod računanja grafike). Također, iz pixel-shaderskih jedinica prisutnih u postojećim grafičkim procesorima je moguće samo čitati (tzv. jedinice su read-only), što uvelike otežava njihovo korištenje u svrhu fizičkih izračuna.

Također treba imati na umu da prebacivanje fizičkih izračuna na višejezgreni procesor, a posebice na grafički procesor smanjuje resurse za tradicionalne poslove za koje su ovi procesori namijenjeni. S obzirom na to da proizvođači softvera konstantno pronalaze nove načine s kojima bi opteretili CPU i GPU, pitanje je koliko bi bilo isplativo dedicirati određeni dio resursa ovih procesora za napredne fizičke izračune kojima je Physx prilagođen.

No nije sve baš tako jednostavno. AGEIA je lansiranjem svojeg rješenja na velika vrata uzbudila duhove u ATI-ju i nVidiji, pa su se ove dvije tvrtke bez puno natezanja bacile na implementaciju fizičkih izračuna preko svojih GPU-a. Nadolazeći DirectX 10 hardver će omogućiti mnogo lakšu implementaciju fizičkih izračuna na GPU, a već sada oba proizvođača eksperimentalni sofver koji ovako nešto omogućava na postojećem hardveru.

Druga prijetnja su višejezgreni procesori. Već sada Intelov novi procesori bazirani na arhitekturi Core2 bolje performanse u odnosu na prethodne generacije procesora. Premda su još uvijek ograničeni na dvije jezgre, postoje konkretni planovi za imeplementiranje četiri ili više jezgri u jedan procesor. S obzirom da je danas relativno teško adekvatno opteretiti i dvije jezgre, još više jezgri će sa sobom donijeti resurse koje će trebati nekako iskoristiti.

Valja napomenuti kako ovakve crne slutnje po pitanju Physxa ne moraju značiti kraj AGEIA-e. S obzirom da tvrtka ima vlastiti fizikalni API koji će prema najnovijim informacijama biti implementiran i u DirectX 10, nakon eventualno tržišnog neuspjeha vlastitiog čipa, tvrtka bi se mogla posvetiti isključivo razvoju softvera.

Kao što smo već napomenuli na prethodnoj stranici, Asus je jedan od dva svjetska proizvođača hardvera (drugi je BGF Technologies) koji se odlučio komercijalno predstaviti karticu baziranu na čipu Physx. Kartica dolazi zapakirana u srednje veliku kutiju u kojoj je osim nje same nalaze priručnik za uporabu, molex splitter za napajanje kartice, kožna torbica za čuvanje optičkih medija te dodatni softver koji se sastoji od CD-a s driverima, pune verzije igre Ghost Recon Advanced Warfighter te dodatna dva CD-a s demo verzijama igara Switchball i CellFactor. Dakako, sve spomenute igre su bazirane na AGEIA-inom fizičkom engineu i imaju podršku za Physx čip.

Sama kartica izgleda relativno neugledno, a namijenjena je ugradnji u PCI utor. Premda je za pretpostaviti da bi bolje riješenje bilo implementacija PCI-E sučelja, pretpostavljamo da je korištenjem standardnog PCI-a Asus želio pokriti širu korisničku bazu. Dakako, postoji mogućnost i da sam čip trenutno nema podršku za PCI-E sabirnicu, no to je samo nagađanje budući da su službene tehničke specifikacije vrlo šture i ne otkrivaju ovaj detalj.

Na kartici se uz sam Physx procesor nalazi 128 megabajta GDDR3 memorije na taktu od 500 MHz, a način pristupa ovoj memoriji je 128-bitni. PPU odnosno fizički procesor je hlađen sa standarnim Asusovim hladnjakom kojeg je moguće vidjeti na karticama srednje klase kao što su Radeon X1600 ili pak nešto starijem GeForceu 6600 GT. Čip prema ima potrošnju kao neki od od grafičkih čipova niže klase, dakle potrošnja je niska. Unatoč relativno niskoj potrošnji, kartici je potrebno vanjsko napajanje u obliku standardnog 4-pinskog molex konektora, no to je isključivo zbog toga što se ugrađuje u PCI utor koji joj ne može dati dovoljno struje.

Što se tiče buke koju generira hladnjak, moramo priznati da smo očekivali nešto bolju situaciju. Nažalost, automatske prilagodbe brzine nema pa je hladnjak cijelo vrijeme jednako glasan. Buka nije pretjerana, ali zasmeta će ljubiteljima tihih računala.

Pri testiranju Asusove kartice rabili smo AGEIA-ine drivere u verziji 2.4.4. koji donose riješavaju mnoge probleme s podržanim naslovima, osobito podrškom za Physx u igri City of Villans koja je u igru dodana naknadno putem zakrpe.

Po pitanju drivera, s Asusovom karticom nismo imali nikakvih problema. Driveri izgledaju vrlo kvalitetno i nude opciju automatske nadogradnje što je odlična funkcija s obzirom da se radi o "mladom" hardveru.

Što se tiče sofvera koji smo mogli isprobati, a koji ima podršku za Physx, nismo imali mnogo izbora. Iskoristili smo one naslove koje Asus isporučuje s karticom - Ghost Recon Advanced Warfighter te CellFactor. Ghost Recon smo nadogradili s najsvježijom zakrpom dostupnom za vrijeme testiranja, a najnoviji demo CellFactora smo preuzeli s Interneta.

Inače, oko CellFactora i podrške za Physx postoje određene kontraverze. U teoriji, radi se igri za čije je igranje nužno imati AGEIA-in ubrzivač, no otkriveno je da je igru moguće pokrenuti i bez ubrzivača s vrlo malenim padom performansi čak i u najzahtjevnijim scenama. Kasnije je izdan novi demo s oznakom R36 u koji je dodana podrška za realno simuliranje tkanine, no u ovom slučaju je bez forsiranje pokretanja igre bez Physx kartice rezultiralo izuzetno velikim padom performansi iz čega se može zaključiti da Physx hardver zaista pomaže pri simulaciji određenih efekata.

Ghost Recon nije naslov u koji je podrška za Physx imeplementirana planski, od samog početka, već je podrškana dodana u kasnijim fazama razvoja. Iz tog razlog fizički efekti u ovoj igri nisu toliko spektakularni kao u CellFactoru.

Još jedna igra u koji je naknadno dodana podrška za Physx je City of Villans i to putem zakrpe.

S obzirom da je podrška za Physx samo naknadno dodana u GRAW (doduše, tijekom razvoja igre), efekti koji nam ova kartica omogućava nisu osobito spektakularni. U osnovi pri ekslozijama i udaru metaka u razne materijale vidimo osjetno veći broj čestica. Nema efekata s naprednom dinamikom fluida ili pak deformacijom čvrstih materijala. Prije nego što smo isprobali igru, očekivali smo da će zbog podrške za Physx okoliš biti mnogo interaktivniji odnosno mnogo više interaktivniji nego u naslovima koje smo do sad imali prilike isprobati, no to nažalost nije bio slučaj. Sve u svemu, igranje GRAW-a s Physx karticom pruža interaktivnije iskustvo i više eye-candya, ali ne možemo reći da fundamentalno mijenja igračko iskustvo na način kao što je to jednom napravila prvi Voodoo 3D ubrzivač.

Ako kliknete na jednu od donjih slika koje prikazuju akciju u GRAW-u, link će vas odvesti na AGEIA-ine službene stranice na kojiima se nalaze dva malena filmića koji prikazuju istu radnju sa i bez Physx kartice. Možemo potvrditi da isto tako izgleda igra, dakle ništa nije uljepšano naknadno. Dodani fizikalni efekti povećavaju isključivo vizualni dojam igre, ali ne utječu na interaktivnost.

Razlika u prikazu pri korištenju Physx kartice u GRAW-u (klik na slike za video)

GRAW Physx
1280x1024 @ 4xAA + 8xAF
Bez Physx kartice 43    Sa Physx karticom 42      0   6 1 2 1 8 2 4 3 0 3 6 4 2 4 5
1600x1200 @ 4xAA + 8xAF
Bez Physx kartice 36    Sa Physx karticom 35      0   6 1 2 1 8 2 4 3 0 3 6 4 2 4 5

Performanse u GRAW-u izmjerili smo aplikacijom FRAPS budući da igra nema ugrađeni alat za testiranje. Pri korištenju Physx kartice performanse su nešto niže nego kad akceleracije nema, no to zapravo nije ništa čudno s obzirom da Asusova kartica u teoriji ubrzava samo fiziku, ali ne grafiku. S obzirom da imamo dodatne efekte koji se manifestiraju kao dodati pikseli koje je potrebno renderirati na ekran, jasno je da je grafička kartica pod većim opterećenjem nego kad efekata nema pa otuda i nešto niže performanse. Ruku na srce, smanjenje performansi je vrlo maleno i ne utječe mnogo na doživljaj igranja.

Primjer fizike u CellFactoru (klik na sliku za video)

Mnogo ekstremniji primjer uporabe fizike, a time i AGEIA-inog čipa donosi demo igre CellFactor. Radi se o mrežnom FPS u kojem se protagnositi bore s modernim oružjima, ali istovremeno imaju tzv. Jedijske moći (Star Wars, jel'te) odnosno mogu privlačiti i odgurivati predmete snagom volje. S obzirom da se igrači bore na platformama koje su pune raznog željeznog otpada, cijevi, buradi i slično, ove specijalne moći omogućavaju igračima iskorištavanje okoliša kako bi naštetili jedni drugima. Manipuliranje otpadom izgleda izuzetno efektno što je još više naglašeno s tim da je igra bazirana na vrlo naprednom grafičkom engineu. Dakako, sve ove interaktivne objekte je potrebno i prikazati na ekranu tako je grafička kartica ponovo maksimalno opterećena. U zadnjoj izdanoj verziji demoa ove igre, pokrpani su mnogi problemi koji su bili prisutni u prvoj verziji, a dodana je podrška za neke nove efekte - simulaciju tkanine i fluida.

Simulacija dinamike fluida se manifestira u krvi koju teće iz mrtvih avatara te nafti i toksičnom otpadu koji istječe iz bačvi kad ih probušimo s oružjem. Premda izgledaju ok, od ovih smo efekata očekivali nešto više budući da i dalje izgledaju pomalo nerealno - npr. istjecanje fluida iz dvije susjedne bačve bi trebalo rezultirati formiranjem jedne bare, no u igri se stvaraju dvije preklopljene bare. Dakako, ova igra je još uvijek u razvoju tako da mjesta za napredak još uvijek ima.

Mnogo spektakularniji efekt dodan u novu verziju demoa je simulacija tkanine. Na jedan veliki nosač u arena koja je ponuđena za igranje se nalazi velika zastava koja izgleda fenomenalno. Još veći "woow" efekt je trganje zastave kad ju probušimo s nekim od oružja ili kad kroz nju proletimo s letjelicom. Treba napomentuti da baš ovaj efekt izuzetno mnogo profitira od Physx čipa. Pri korištenju softverskog moda, čim bilo koja od tkanina uđe u kadar, performanse padaju toliko da igru nije moguće normalno igrati iz čega se da zaključiti da AGEIN-a kartica doista omogućava vrlo napredne efekte ako se koristi na pravi način.

Na kraju, moramo spomenuti da nam se unatoč spektakularnom izgledu CellFactor baš nije svidio. Iskreno, igra izgleda kao tehnološki demo za AGEIA-in čip, ponajviše zbog pretjerivanja s brojem efekata na ekranu i njihovom utjecaju na igru.

Klikom na gornju sliku možete pogledati filmić iz CellFactora koji zorno prikazuje sve ove efekte. Kao i u slučaju GRAW-a i ovdje je riječ o filmiću s AGEIA-ine stranice, no iste smo efekte doživjeli i mi pri igranju tako da je stvar vjerodostojna.

AGEIA-ina inicijativa imeplementiranja napredne fizike u igre i korištenja dediciranog ubrzivača za računanje tih efekata u teoriji je dobra ideja. U stvarnosti se pak situacija mijenja. AGEIA-a vjerojatno nije očekivala da će proizvođači grafičkih čipova, ATI i nVidia, tako brzo odgovoriti na novi izazov. Implementacija ubrzavanja fizike na grafičke kartice zapravo jako ide na ruku i ATI-ju i nVidiji s obzirom na to da su oba proizvođača mnogo uložila u razvoj i plasiranje multi-GPU tehnologija. Na ovaj način se jedna kartica može brinuti za akceleraciju fizike, a druga za grafiku. Ako pak igra ne podržava naprednu fiziku, obje kartice mogu služiti za ubrzavanje grafike. Ako krenemo još nešto ekstremnije, moguće je koristiti i sistem s tri grafičke kartice gdje će treća biti slabiji i jeftiniji model koji će se brinuti za fiziku, a ostale dvije će ubrzavati grafiku. Proizvođačima grafičkih karticu idu na ruku još neke stvari - postojeća podrška za PCI-Express sabirnicu (službeno se ne zna da li AGEIA-in čip podržava ovo sučelje), veliko iskustvo u dizaniranju procesora, veliki resursi, jaki odnosi s programerskim timovima koji razvijaju igre te na kraju nadolazeći DirectX 10 koji će anulirati mnoga ograničenja grafičkih procesora (ruku na srce, postoje informacije da će podrška za Physx također biti implementirana u Direct X).

Dakako, treba imati na umu da je podrška za ubzravanje fizike pomoću grafičkih kartica još u povojima odnosno ne postoji niti jedan naslov u kojem je podržana. Drugim riječima, rješenje još uvijek nije na tržištu, a nije ga moguće niti meritorno usporediti s AGEIA-inim čipom Physx. Sve što imamo su brojke i najave koje mogu, ali i ne moraju biti točne.

Nažalost, donekle sličnu situaciju imamo s AGEIA-inim ubrzivačem Službene informacije su vrlo šture i potkrijepljene su s preuveličanim marketiniškim tvrdnjama koje izgledaju odlično na papiru i odzvanjaju jako dobro u ušima laika, no tehnički napredniji korisnici ih vide kao mazanje očiju.

Još jedan izazov Physxu predstavljaju dvojezgreni odnosno relativno uskoro i četverojezgreni procesori čija snaga čak i u modernim aplikacijama u velikoj mjeri ostaje neiskorištena. Dediciranje jedne jezgre za akceleraciju fizike u igrama bi uz pravilnu imeplementaciju programera mogla postati stvarnost. Jedina nepoznanica ostaje koliko bi zapravo jedna jezgra opće namijene bila brža ili sporija od AGEIA-inog čipa.

Ma kraju, da li kupiti karticu baziranu na AGEIA-inom čipu? Premda Asus Physx P1 nije moguće kupiti u hrvatskim trgovinama, u inozemstvu je situacija drugačija. Tako brza pretraga na online dućanu Newegg rezultira pronalaskom Asusove kartice po cijeni od oko 260 USD. Za usporedbu, za oko 200 USD je u istoj trgovini moguće kupiti GeForce 7800 GT, karticu solidne brzine s kojom je moguće kvalitetno igrati sve postojeće naslove. Ako uzmemo u obzir broj aplikacija koje trenutno podržavaju Physx, cijena je prema našem mišljenju pretjerana. Da postoji mnogo više naslova koji su oplemenjeni efektima sličnim onim u CellFactoru, cijena bi bila koliko-toliko opravdana. Ovako Asus Physx P1 možemo preporučiti samo onima koji već imaju brz mašinu za igre, a nije im problem dati novac za tehnologiju koja može, ali i ne mora biti uspješna.

Svima ostalima preporučamo da pričekaju i vide da li će Physx zaista zaživjeti na tržištu ili će ga pregaziti neko drugo riješenje. AGEIA u teoriji ima dvije karte u rukavu - Unreal 3 engine i dugovječnost svog čipa. Unreal 3 engine će imati ugrađenu podršku za AGEIA-in čip odnosno cijela će fizika u novom Epicovom engineu biti bazirana na engineu NovodeX koji je napravila AGEIA. Druga velika prednost Physxa je to što prema tvrdnjama AGEIA-a ima mnogo neiskorištene snage te će njegove mogućnosti s vremenom nadograđivati putem drivera. Drugim riječima, AGEIA-a ne planira u skorije vrijeme izdati neki novi čip, već bi Physx trebao bez problema raditi i s igrama koje će tek biti predstavljene.

Conclusion in english

AGEIA's initiative to implement advanced physics in 3D games and to use a dedicated accelarator to power those effects is a good idea, at least in theory. But real world enforces different rules of the play. AGEIA probably did not expect that major GPU manufactures, ATI and nVidia, will respond so fast to the challenge at hand. Implementing physics accelearation on GPUs goes well with both ATI and nVidia strategy as both manufacturers invested much time and resources to develop and market multi-GPU solutions. In a multi-GPU system one card would take care of physics calculations and other would do its regular job of rendering pixels to the screen. If game doesn't support advanced physics, both card would work in a regular way - accelerating graphics. If we take this idea to extremes, it is possible to use standard multi-GPU array of two card to render graphics and use a separate cheaper GFX card to take care of physics calculations. GPU manufacturers have some other things on their side as well - all GPUs inherently support PCI-E interface (we still don't know if AGEIA's chip supports it), big experience in chip design, big resources, strong relations with developers and last, but not least, coming of DirectX 10 API which will remove many obstacles for GPUs to do physics acceleration (truth to say, there are rumours that Physx support will as well be implemented in new DirectX).

Of course, we need to have in mind that support for advanced physics through GPU is still in infant stages and that there are not titles currently on the market that support this technology. In other words, solution is not yet on the market and we can't even compare it to AGEIA Physx PPU. All we have are numbers and announcements which can, but don't need to be true.

Unfortunately, to some extent we have similar situation with AGEIA's accelerator. Official informations about technical details are very scarce but there are lots of PR talk which sounds marvellous in theory and to users that don't have much knowledge about technology. To more tehnically advanced users, that is like throwing dust in ones eyes.

One more challenge to Physx present dual-core and soon quad-core CPUs which have ample computing power that is largely unused in current applications. Dedicating one core for physics acceleration in games is with right software implementation probably possible. On the other hand, we still don't know how much would one general purpouse core be slower or faster in comparison to a fully dedicated PPU.

In the end, should you buy a card based on AGEIA's chip? Altough Asus Physx P1 is not available in croatian IT stores, but in foreign countryes situations is different. A quick search on popular e-shop Newegg quickly reveals that Asus Physx P1 can be obtained for cca 260 USD. For comparison, through same e-shop for about 200 USD you could a GeForce 7800 GT, pretty solid card which allows you to play all new games with decent details. If we take in account the number of applications that currently support Physx chip, price of this card is to high. If more game titles that support similar lever of physics effect and interaction like in CellFactor were on the market, price would be far more acceptable. Given all stated facts, we can recommend Asus Physx P1 only to users that already have a fast gaming rig and which don't have a problem dishing out money for new technology that can, but doesn't need to be succesfull.

To rest of the users we can recommend one thing - sit tight and wait. Maybe Physx will be triumphant and will become next standard in gaming industry. On the other, maybe this new accelerator will be trampled by senior players on the market - mainly ATI and nVidia. In theory AGEIA has two cards up its sleeve - Unreal 3 engine and durability of its product. Unreal 3 engine will have integrated support for AGEIA PPU. Better yet, whole physics engine will be based on NovodeX API which is essentialy AGEIA's API for implementing support for Physx chip. Second relatively big advantage is the fact that Physx has much unttaped power, at least by AGEIA's official statements. Additional features and support for games will be added through drivers updates (which are pretty streamlined from our experience). In other words, AGEIA has no plans for releasing new chips like ATI and nVidia do each 6 month and current Physx logic can and will power physics effects in upcoming games.