Новости

Как шейдеры изменили мир: от игр до искусственного интеллекта

На заре компьютерных игр графика быстро эволюционировала, но с внедрением шейдеров произошёл настоящий прорыв. Это была технология, призванная улучшить визуальные эффекты, но в итоге она изменила всё: от архитектуры видеокарт до создания искусственного интеллекта.

Шейдеры стали катализатором перехода от фиксированных графических ускорителей к программируемым графическим процессорам, заложив основу для вычислений на GPU.

Эра фиксированного конвейера: красота с ограничениями

Видеокарты 90-х представляли собой фиксированные устройства, способные выполнять лишь заранее определённые операции. Эти устройства, называемые графическими ускорителями, радовали стабильной производительностью, но жёстко ограничивали разработчиков.

Игры превращались в визуальные шоу с минимальными усилиями со стороны студий — нужно было лишь задействовать встроенные эффекты. Однако, как только возникала идея выйти за рамки стандартного набора возможностей, разработчики сталкивались с непреодолимыми барьерами.

Прорыв: программируемые шейдеры

Выход из тупика предложил Шеймус Блэкли — человек, объединивший в себе геймдева, физика и киношника. Он предложил внедрить в DirectX поддержку шейдеров — программ, описывающих, как поверхности взаимодействуют со светом. Это позволило создавать настоящую магию — живую, реалистичную графику в реальном времени.

Идея шейдеров была позаимствована у Pixar, чьи мультфильмы уже тогда демонстрировали поразительный реализм.

Главной проблемой стало то, что видеокарты не умели исполнять произвольный код. Их нужно было перестроить с нуля. Блэкли смог убедить Microsoft, а затем и NVIDIA — будущее за универсальной архитектурой.

GeForce 3 и рождение GPU

В 2000 году вышел DirectX 8 с поддержкой шейдеров, а вслед за ним — GeForce 3 от NVIDIA. Это была первая видеокарта с программируемым конвейером. Так началась эра графических процессоров (GPU).

Фиксированные ускорители ушли в прошлое, а компании, не успевшие адаптироваться — такие как 3dfx и Matrox — остались за бортом.

С внедрением шейдеров начался золотой век графики: Half-Life 2, Doom 3, Crysis — каждый новый проект демонстрировал возможности новой архитектуры.

Почему GPU лучше CPU?

Процессоры (CPU) исполняют задачи последовательно. Даже с многопоточностью, они переключаются между задачами, создавая иллюзию параллелизма. Видеокарты же — это настоящее царство массового параллелизма. Их архитектура SIMD позволяет одновременно обрабатывать тысячи потоков.

Такая структура делает их незаменимыми для задач визуализации, а в будущем — и для любых параллельных вычислений.

Рождение GPGPU и эра вычислений на GPU

Когда стало очевидно, что GPU справляются с вычислениями быстрее CPU, энтузиасты начали использовать их для решения нетипичных задач. Так зародилось направление GPGPU — универсальные вычисления на графических процессорах.

Проект BrookGPU от студентов Стэнфорда продемонстрировал, что GPU в 7 раз быстрее CPU в задачах компьютерного зрения и трассировки лучей.

NVIDIA заметила потенциал и наняла одного из разработчиков BrookGPU. Так в 2006 году появилась платформа CUDA — набор инструментов, позволяющий запускать произвольный код на GPU. Это стало революцией.

GPU в новой индустрии: нейросети, блокчейн, робототехника

С выходом CUDA GPU перестали быть исключительно геймерскими устройствами. Их стали использовать везде: от майнинга криптовалют до обучения нейросетей. Начался дефицит видеокарт, а NVIDIA стала триллионной компанией.

Современные видеокарты включают специальные блоки: RT-ядра для трассировки лучей и тензорные ядра для работы с нейросетями. Это означает, что видеокарта теперь — полноценный вычислительный центр.

Когда-то мы покупали видеокарты ради красивой графики. Сегодня — чтобы запускать искусственный интеллект.

Замкнутый круг: назад к фиксированной архитектуре?

Ирония в том, что пройдя путь от фиксированных ускорителей к универсальным GPU, индустрия снова делает ставку на специализированные блоки. RTX-карты превращаются в гибрид CPU и GPU, оптимизированный под конкретные задачи.

Останется ли это устойчивым решением или приведёт к новым ограничениям — покажет время. Но ясно одно: шейдеры стали отправной точкой технологической революции, которая изменила не только игры, но и весь цифровой мир.

Когда-то шейдеры оживили пиксели на экране. Сегодня они оживляют нейросети, автопилоты и роботов.