Megakernel 대 Wavefront GPU 경로 추적 (Path Tracing)

지난 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.