PhysX

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PhysX bezeichnet einen speziellen Prozessor (Physikbeschleuniger, auch Physics Processing Unit oder kurz PPU) sowie die zugehörige Physik-Engine des Halbleiterherstellers Ageia. Aufgabe dieses Chips ist die Berechnung vorrangig physikalisch bedingter Effekte. In Computerspielen oder Simulationssoftware wird so der Hauptprozessor entlastet, sofern diese auf die Nutzung des Chips ausgelegt sind.

Im Februar 2008 übernahm der Grafikchiphersteller Nvidia Ageia und integrierte die PhysX-Engine in das hauseigene CUDA-System, um sie auf Grafikkarten der GeForce-Serie lauffähig zu machen. Damit können die Physikberechnungen auch von der Grafikkarte durchgeführt werden, was zusätzliche Physikbeschleuniger optional macht. Allerdings muss die Grafikkarte CUDA unterstützen und ein aktueller Grafikkartentreiber installiert sein. Dies ist bei Nvidia seit der Grafikkartentreiberversion 177.83 der Fall. Es ist zudem möglich, eine separate Grafikkarte nur als Physikbeschleuniger zu verwenden.^[1][2]

Funktion

Angelehnt an die Funktionsweise von CPUs oder GPUs besteht die Aufgabe des PhysX-Chips ausschließlich in der Berechnung des realistischen Verhaltens physischer Objekte.

Bisher wurden solche Berechnungen im Zusammenspiel von CPU und GPU ausgeführt, was eine maximale Anzahl von 10 bis 200 festen Objekten pro Spielszene ermöglichte – jedoch mit hohem Rechenaufwand verbunden war. Dank des Zusammenwirkens von CPU, GPU und der PPU soll eine gleichzeitige Berechnung von bis zu 32.000 (mit GPU 64.000) Festkörpern mit möglichst geringer Belastung von Prozessor und Grafikkarte gewährleistet werden.

Um die Funktionalität von PhysX nutzen zu können, bedarf es der Unterstützung der zugehörigen Physik-Engine, früher NovodeX, jetzt ebenfalls PhysX genannt. Diese bildet die Schnittstelle zwischen Anwendung (z. B. Computerspiel) und Physikbeschleuniger.

Anwendungsgebiete

Rechenintensive Vorgänge wie die Physik starrer Körper, die Simulation von Flüssigkeiten wie Wasser oder Lava, sowie das realistische Verhalten von Seilen, Haaren oder Kleidung stellen das Haupteinsatzgebiet des PhysX-Chips dar. Damit sind auch die folgenden Effekte realisierbar:

• Explosionen mit Rauch und Trümmern
• komplexe Figuren mit realistischen Bewegungen und Interaktionen
• durch Wind bewegte Dinge z. B. Laub, Papier, Funken, Wasser, etc.
• dichter, bewegte Objekte einhüllender Nebel

Für die Computerspieleentwicklung bietet das Vorhandensein einer PPU neue Möglichkeiten. Bisher wurde der massive Einsatz komplexer Designelemente gemieden, da diese den Spielablauf verlangsamen und somit die Framerate während des Spiels senken. PhysX wird von zahlreichen Computerspielen unterstützt, etwa von Age of Empires III, Die Siedler - Aufbruch der Kulturen, Gothic 3, Mafia 2, Ghost Recon - Advanced Warfighter, Gta4, Mirror's Edge oder Batman: Arkham Asylum, Landwirtschafts Simulator 2009, Landwirtschafts Simulator 2011, Metro 2033, etc.

Neben PCs findet PhysX auch in den Spielkonsolen Wii (von Nintendo), PlayStation 3 (von Sony) und Xbox 360 (von Microsoft) Anwendung.

Kritik

Die Webseite Realworldtech^[3] analysierte den PhysX-Code und prangert an, dass dieser in Verbindung mit Hauptprozessoren lediglich einen Kern zur Abarbeitung nutzt. Wird aber der Grafikchip als „PhysX-Prozessor“ festgelegt, dann verpackt der GeForce-Treiber die Aufgaben automatisch in mehrere Threads, und die Bildrate schnellt in die Höhe. Außerdem nutzt Nvidia lediglich veraltete x87-Befehle für Gleitkommaberechnungen, von denen Intel und AMD schon seit Anfang 2000 abraten. Effiziente SSE-Befehle, die ohne größeren Programmieraufwand eingebunden werden könnten und die Performance auf aktuellen CPUs deutlich steigern würden, nutzt Nvidia bei PhysX nicht.

Daraus leitete Realworldtech den Verdacht ab, Nvidia bremse die Berechnung von PhysX-Effekten auf CPUs künstlich aus, um den GeForce-Grafikkarten ein weiteres Verkaufsargument angedeihen zu lassen.

Nvidias Senior-PR-Manager Bryan Del Rizzo wies einerseits die Vorwürfe der absichtlichen Ausbremsung der CPUs zurück, versprach aber anderseits in der PhysX-Version 3.0 automatisches Multithreading und SSE-Unterstützung.^[4]

AMD’s Senior Manager of Developer Relations, Richard Huddy, sprach sich in diesem Zusammenhang dafür aus, dass PhysX hoffentlich bald zusammen mit Glide und A3D im proprietären-API-Museum landet und von offenen Implementationen wie OpenCL und DirectCompute ersetzt wird.^[5]

PPU-Referenzdesign

• 130 nm Herstellungsprozess TSMC
• 125 Millionen Transistoren
• Leistungsaufnahme von 25 Watt
• 128 MB GDDR3-Speicher
• PCI- oder PCI-Express-Schnittstelle

PCI-Erweiterungskarten waren ab Mai 2006 von BFG und Asus erhältlich. Letztgenannte sollte ursprünglich, abweichend vom Referenzdesign, über 256 MB Speicher verfügen, wurde aber schließlich doch im Referenzdesign geliefert.

Anwendungsprogramme mit PhysX-Unterstützung

• 3DMark06
• Dark Physics
• 3DMark Vantage
• 3D GameStudio (ab A8 integriert)
• Unreal Engine
• Unity (Spielengine)

Einzelnachweise

1. ↑ Nvidia CUDA und PhysX im Überblick Seite 4 auf ComputerBase
2. ↑ Breite Unterstützung für Physik-Beschleunigung per GPU News auf Golem.de
3. ↑ http://realworldtech.com/page.cfm?ArticleID=RWT070510142143&p=1
4. ↑ Nvidia weist PhysX-Kritik zurück News auf hartware.de
5. ↑ http://www.thinq.co.uk/news/2010/3/8/amd-game-devs-only-use-physx-for-the-cash/

Weblinks

• Offizielle Homepage
• Projects using PhysX SDK (Englisch)
• The Unofficial PhysX Links & Info Page (Englisch)

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