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본 논문은 GPU 기반의 포워드 경로 추적(PT)과 웨이브프런트 경로 추적(WPT) 알고리즘의 성능을 비교 분석합니다. 연구 결과 WPT가 개선된 캐시 지역성을 바탕으로 PT 대비 약 16%의 성능 향상을 보임을 확인했습니다.
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원문 바로가기지난 10년 동안 GPU 하드웨어의 발전은 상당 부분 실시간 그래픽스의 요구 사항에 의해 주도되었으며, 이는 전용 하드웨어 레이 트레이싱 코어 (RT cores)의 등장으로 정점에 달했습니다. 이러한 유닛들은 하드웨어에서 직접 광선-장면 교차 쿼리 (ray scene intersection queries)를 가속화하여, 물리 기반 경로 추적 (physically based ray tracing) 알고리즘을 대화형 애플리케이션에서 점점 더 실용적으로 만들어 줍니다. 본 논문은 두 가지 광선 기반 렌더링 알고리즘인 포워드 경로 추적 (forward path tracing, PT)과 웨이브프런트 경로 추적 (wavefront path tracing, WPT)의 성능을 비교하고 분석합니다. GPU 기반 PT는 각 스레드가 단일 경로를 끝까지 추적하도록 하여 각 픽셀의 색상을 계산하며, 이는 자연스럽게 메가커널 (megakernel) 접근 방식으로 이어집니다. 반면 WPT는 경로 단계를 동시에 추적하기 위해 특화된 커널 호출 (kernel invocations) 사이에 상태 버퍼 (state buffers)를 유지합니다. 본 연구의 구현 결과, WPT가 PT보다 약 16%의 속도 향상을 제공한다는 것을 발견했습니다. NVIDIA Nsight Graphics의 트레이스 (traces)를 분석함으로써, 우리는 이러한 속도 향상이 PT와 비교했을 때 WPT의 개선된 캐시 지역성 (cache locality) 덕분임을 확인했습니다. 또한 우리의 구현이 GPU의 어떤 유닛에서도 최대 처리량 (throughput)을 달성하지 못한다는 점을 발견했으며, 이는 통신 및 메모리 지연 시간 (latency)과 동기화 (synchronization)가 제한 요인임을 시사합니다. 마지막으로, 우리는 실제 애플리케이션을 위한 실시간 경로 추적 구현을 위한 잠재적인 알고리즘 개선 사항과 향후 연구 과제를 다룹니다.