GPUの「レイトレーシング処理」改良の歴史をひもとく【GeForce RTX 40シリーズ編】

　ゆえに、CUDAコアが実行することになるライティングやシェーディングのプログラムは同一のもので、ほぼ同じテクスチャーを参照することになる。となれば、大増量されたL2キャッシュの利用効率もすこぶるよい。

　しかし、レイトレーシング法の場合、隣接する“近しい”ピクセル群から発射されたレイたちも、それぞれの発射角度が異なれば、異なる3Dモデルのポリゴンに衝突する可能性もある。放たれたレイたちが衝突先のポリゴンで“反射”する場合も、それぞれ全く異なる場所にある3Dモデルのポリゴンに当たることも多くなるだろう。

　すると、各レイがライティングやシェーディングのためにCUDAコアに外注するシェーダープログラムはバラバラなものになる。当然、L2キャッシュの利用効率も悪くなる。場合によっては、別の仕事で忙しいCUDAコアが受注に応じられない可能性も否定できない。

　CUDAコアを含めて、近代GPUのプログラマブルシェーダー類は、SIMD（Single Instruction Multiple Data：1命令で複数データを取り扱うモデル）から発展した実行モデル「SIMT（Single Instruction Multiple Threads：1命令で複数スレッドを取り扱うモデル）」を採用している。ゆえに、一番パフォーマンスを高められるのは「同一のシェーダープログラムを、ひとまとめにされた複数スレッド（ピクセル）に対して実行したとき」となる。このモデルは、ラスタライズ法での活用を想定して作られたものなので、どうしてもレイトレーシング法のレンダリングメカニズムとは相性がよくない。

　レイトレーシング法でも、レンダリングのパフォーマンスを向上できないか――そこでNVIDIAが仕込んだ新しい概念が「Shader Execution Reordering（SER）」だ。

　SERは、衝突したとみなされたレイがプログラマブルシェーダーに仕事を発注する際に、「同一のシェーダープログラムで実行できそうな発注」を整理して、可能な限りまとめてから発注する役割を持つ。いわば「交通整理人」のような役割といえる。

　これにより、「同じシェーダープログラムが別のCUDAコアで動く」という非効率な状況を抑えることができる。逆にいえば、同じCUDAコアで局所性の高いスレッド（例えば同じ材質の処理）を複数扱えるようになるので、L3キャッシュの利用効率の向上も期待できる。