Cálculo de variables físicas con Ageia PhysX

Un poco de historia 

A principios de los años noventa, los ordenadores PC compatibles con arquitectura x86 eran básicamente herramientas de trabajo con capacidades para jugar muy limitadas. El sonido provenía de un pequeño altavoz mono delantero que sólo emitía zumbidos, y la capacidad gráfica y de sonido era ampliamente superada por otros ordenadores como los Amiga. Sin embargo, una rápida evolución llevó a integrar las primeras tarjetas de sonido (la famosa AdLib y luego la conocidísima Soundblaster). Más tarde, a mediados de los noventa, comienza una verdadera revolución con las tarjetas 3D de la empresa 3DFX. Estas tarjetas, conocidas como Voodoo, fueron un elemento fundamental en el desarrollo de la industria del ocio en PC.

Pero una revolución nueva llegó con la empresa NVIDIA, y su tarjeta Geforce 256. Esta tarjeta fue llamada por la empresa como la primera GPU (Graphics Processing Unit). Este concepto se basa en sustraer a la CPU los cálculos necesarios para la creación del modelo 3D que luego pasa a la memoria de vídeo. Posteriores desarrollos de este concepto fueron permitiendo que la CPU quedase completamente aislada del cálculo 3D, para de este modo trabajar completamente en los aspectos de la Inteligencia Artificial y de la física del producto software.

El siguiente paso parecía lógico: una vez la imagen 3D ha sido separada de la CPU, otro elemento cada vez más valorado es la física de los objetos. En un simulador, nos estamos refiriendo al comportamiento de las aeronaves, de los proyectiles, misiles y bombas, y de la atmósfera y su interacción con la aeronave. Obviamente esta física también es aplicable en muchísimos otros productos, siendo el primero el juego Ghost Recon Advanced Warfighter donde se ha implementado la posibilidad de disponer de esta capacidad. 

 Llega la PPU (Physics Processing Unit)

 De esta forma, tras la GPU, tenemos un nuevo tipo de hardware conocido como PPU (Physics Processing Unit). El concepto general consiste en descargar, otra vez, al procesador de la carga del cálculo de los elementos físicos que componen el software. La PPU se inscribe así como un nuevo elemento a tener en cuenta para futuros desarrollos, en los cuales podremos disfrutar de una física mucho más realista, porque está, y esto es lo importante, implementada por hardware, y porque permitirá un mejor rendimiento general del equipo. En este caso concreto, se trata de una tarjeta estándar con conexión PCI, el clásico ventilador, y 128 megas de memora GDD3. Se podría confundir externamente con una tarjeta gráfica, excepto que no incorpora conector alguno excepto el propio puerto PCI.

A vueltas con la física 

Hemos de tener en cuenta que la física es la misma siempre. Cualquier objeto en cualquier simulador o software que implemente el comportamiento de un mundo virtual requiere las mismas fórmulas. Si el software se diseña exprofeso para que los cálculos físicos se ejecuten sobre un hardware especializado, sin duda tendremos un nivel de realismo muy superior a todo lo visto anteriormente. En el ejemplo del juego Ghost Recon, las explosiones de vehículos y armamento generan  una serie de partículas y una explosión que se desarrollan siguiendo los principios de la física. En el caso de un simulador, el cálculo del comportamiento aerodinámico será totalmente ejecutado por la PPU, con las importantes ventajas que ello conlleva.

La famosa fórmula de la gravedad de Newton, base para el cálculo del comportamiento físico:La fuerza entre dos masas es igual a la constante gravitatoria G multiplicada por las dos masas y dividida por el cuadrado de la distancia

Hay que decir, y no debemos llevarnos a engaño, que este hardware se encuentra en un estado muy primitivo todavía. Esta primera tarjeta PPU, para tener éxito, debe tener un precio interesante, y la media en estos momentos ronda los 300 euros. Un importe muy alto para una implementación mínima del software. Recordemos que no sirve de nada la tarjeta si nuestro simulador favorito no la soporta. También es cierto que esto mismo ocurrió con las GPU al principio, pero el cambio era muy visual, y desbordante, algo que ahora no ocurre. Efectivamente, una física mejorada no es algo que vaya a llamar poderosamente la atención a muchos jugadores por 300 euros... Excepto, claro está, a los fanáticos de los simuladores. Pero no es un mercado, o no lo parece, suficientemente atractivo para una empresa como Ageia. Ellos han optado por juegos de acción para presentar su producto, y entendemos, aunque no compartamos, su estrategia.

 NVIDIA contraataca

Además, NVIDIA ya está reaccionando a esta nueva ola de renovado realismo. Como creadores de las GPU, están implementando unas nuevas versiones de sus drivers que, en modo SLI (dos tarjetas NVIDIA conectadas en paralelo) permitirán que una de ellas se encargue del cálculo de los elementos físicos. Atención a este dato porque la interpretación que NVIDIA puede dar de cálculo de física puede no ser el mismo, ya que se habla del motor Havok, es decir, de implementar el cálculo de una librería de física por software aprovechando la circuitería de una tarjeta que originalmente fue diseñada para cálculos 3D. Cómo se puede ir de una GPU a una PPU por parte de una tarjeta 3D es algo que deberá analizarse detalladamente. Teniendo en cuenta además que el software debe obligatoriamente incorporar el motor Havok (los simuladores no lo tienen) y que éste pueda realmente ejecutar las instrucciones de física desde software a hardware. Pero muchos otros productos sí están incorporando el motor Havok, y si esto se traduce en que el driver permite ejecutar la física por hardware teniendo tarjetas NVIDIA, la conclusión parece evidente.

 Ageia indica en su web que sesenta desarrolladores implementan su motor de física en más de cien juegos, lo cual, si realmente se cumple y no es sólo publicidad, es la clave del éxito. Actualmente se sabe que juegos como Sacred II o Unreal 2007 lo implementan en sus desarrollos. Con ordenadores con núcleos de dos procesadores, y de cuatro en el año 2007, parece un poco exagerado dedicar una tarjeta a cálculos de física, cuando una de las CPUs puede realizar ese trabajo. Claro que una tarjeta dedicada puede dar un rendimiento notablemente mayor. Es algo, una vez más, que debe verse y demostrarse. 

Conclusión 

En definitiva, estamos ante un concepto muy llamativo, que quizás nace un poco tarde, y que encuentra en la propia NVIDIA (es cuestión de tiempo que ATI se sume a esta nueva guerra) una competencia importante. Nacer de cero con el fin de crear un estándar es todo un reto para Ageia, y será la cualidad de su hardware y el caso que las desarrolladoras hagan del mismo el que este nuevo sistema tenga éxito o quede para el olvido.  Pero es evidente que, si algún software puede sacar provecho de un concepto así, son los simuladores de vuelo. Esperemos verlo implementado, de una u otra forma, en próximas generaciones de simuladores o en parches de los actuales.

Puedes ver un análisis exhaustivo y de gran calidad de esta tarjeta (en inglés) en TomsHardware.