NVIDIA DLSS (Deep Learning Super Sampling)

NVIDIA DLSS (Deep Learning Super Sampling) — это технология рендеринга на основе искусственного интеллекта, разработанная компанией NVIDIA. Она предназначена для повышения производительности и качества графики в играх, позволяя рендерить изображения с более высоким разрешением и детализацией при меньшей нагрузке на графический процессор (GPU). DLSS использует нейронные сети, обученные на суперкомпьютерах, чтобы интеллектуально масштабировать изображения, улучшать их качество и обеспечивать плавную работу даже на высоких разрешениях, таких как 4K и 8K.

 

Что такое DLSS и зачем она нужна?

DLSS — это технология суперсэмплинга, которая сочетает в себе рендеринг изображения в более низком разрешении (для экономии вычислительных ресурсов) с последующим масштабированием до целевого разрешения с помощью искусственного интеллекта. Основные цели DLSS:

• Увеличение производительности: Позволяет GPU рендерить кадры в более низком разрешении (например, 1080p вместо 4K), что снижает нагрузку на видеокарту и повышает частоту кадров (FPS).
• Повышение качества изображения: Благодаря ИИ, масштабированные изображения выглядят почти так же чётко, как нативные, с меньшим количеством артефактов, чем при использовании традиционных методов масштабирования.
• Поддержка высоких разрешений: Обеспечивает возможность играть в 4K, 8K или на сверхшироких мониторах даже на видеокартах среднего уровня.
• Оптимизация трассировки лучей (Ray Tracing): DLSS часто используется в играх с трассировкой лучей, которая сильно нагружает GPU, чтобы компенсировать падение производительности.

 

Как работает DLSS?

DLSS основывается на сочетании рендеринга и обработки изображений с использованием глубокого обучения. Вот пошаговый процесс работы технологии:

1. Рендеринг в низком разрешении:
   • Игра рендерит кадры в разрешении, ниже целевого (например, 1440p вместо 4K). Это снижает количество пикселей, которые GPU должен обработать, и увеличивает FPS.
2. Обработка нейронной сетью:
   • Нейронная сеть, обученная на суперкомпьютерах NVIDIA с использованием архитектуры Tensor Cores (специальных ядер для ИИ в видеокартах NVIDIA), анализирует кадры низкого разрешения.
   • Сеть использует данные о движении (motion vectors), информацию о предыдущих кадрах и текстурах высокого разрешения, чтобы предсказать, как должен выглядеть кадр в более высоком разрешении.
3. Масштабирование (Upscaling):
   • Нейронная сеть масштабирует изображение до целевого разрешения, добавляя детали и сглаживая края. Это не просто интерполяция, как в традиционных методах масштабирования, а реконструкция изображения на основе ИИ.
4. Сглаживание (Anti-Aliasing):
   • DLSS одновременно выполняет функции сглаживания (TAA — Temporal Anti-Aliasing), устраняя "зубчатые" края (алиасинг) без размытия изображения.
5. Вывод результата:
   • Итоговое изображение выглядит близким к нативному разрешению или даже лучше в некоторых случаях, при этом производительность остаётся высокой.

Ключевые компоненты DLSS

• Tensor Cores: Аппаратные ядра в видеокартах NVIDIA (начиная с архитектуры Turing, RTX 20-й серии), которые ускоряют вычисления для нейронных сетей.
• Обученные модели ИИ: NVIDIA использует суперкомпьютеры DGX для обучения нейронных сетей, которые затем внедряются в драйверы видеокарт.
• Игровая интеграция: Для работы DLSS разработчики игры должны внедрить поддержку технологии в движок, предоставляя данные о движении и текстурах.

 

История и версии DLSS

DLSS эволюционировала с момента своего появления, и на апрель 2025 года существует несколько версий технологии:

DLSS 1.0 (2018):

• Запуск: Представлена с видеокартами RTX 20-й серии (Turing) в 2018 году.
• Особенности:
  • Первая версия использовала ИИ для масштабирования изображения, но требовала индивидуального обучения нейронной сети для каждой игры.
  • Качество изображения варьировалось: в некоторых играх (например, Battlefield V) картинка была размытой, а в других — сравнимой с нативным разрешением.
  • Поддерживала только фиксированные режимы масштабирования (например, рендеринг 1440p для вывода 4K).
• Ограничения:
  • Ограниченный список поддерживаемых игр (менее 10 на старте).
  • Высокие требования к интеграции со стороны разработчиков.
  • Качество зависело от конкретной игры и сцены.

DLSS 2.0 (2020):

• Запуск: Представлена в 2020 году, начиная с игр вроде Control и MechWarrior 5.
• Улучшения:
  • Универсальная нейронная сеть, не требующая обучения для каждой игры, что упростило интеграцию.
  • Использование векторов движения и временных данных (temporal data) для повышения качества масштабирования.
  • Введение режимов: Performance, Balanced, Quality, позволяющих пользователю выбирать баланс между производительностью и качеством.
  • Значительно лучшее качество изображения, сравнимое или превосходящее нативное разрешение.
• Преимущества:
  • Широкая поддержка в играх (десятки игр на момент выпуска).
  • Улучшенная чёткость, меньше размытия и артефактов.
  • Поддержка динамического масштабирования (адаптация разрешения в зависимости от сцены).
• Ограничения:
  • Требуется аппаратная поддержка Tensor Cores (RTX-видеокарты).
  • Некоторые артефакты в динамичных сценах.

DLSS 2.X (2021–2023):

• Последующие обновления (2.1, 2.2, 2.3 и т.д.) добавляли поддержку новых функций:
  • DLSS 2.1: Поддержка 8K-рендеринга и VR.
  • DLSS 2.2: Улучшения в обработке мелких деталей и текстур.
  • DLSS 2.3: Оптимизация для динамичных сцен и снижение артефактов при движении объектов.
  • Поддержка новых движков, таких как Unreal Engine 5 и Unity.

DLSS 3.0 (2022):

• Запуск: Представлена с видеокартами RTX 40-й серии (Ada Lovelace) в 2022 году.
• Ключевые новшества:
  • Frame Generation (генерация кадров): Использует ИИ для создания промежуточных кадров между реальными, что значительно увеличивает FPS (например, удваивает частоту кадров в некоторых сценариях).
  • Улучшенная нейронная сеть Optical Flow Accelerator для более точного предсказания движения.
  • Комбинирует масштабирование (как в DLSS 2.0) с генерацией кадров для максимальной производительности.
• Преимущества:
  • Значительный прирост FPS, особенно в играх с трассировкой лучей.
  • Поддержка более сложных графических эффектов без потери плавности.
• Ограничения:
  • Доступна только на RTX 40-й серии из-за аппаратных требований (Optical Flow Accelerator).
  • Генерация кадров может увеличивать задержку ввода (input lag), что требует использования NVIDIA Reflex для компенсации.
  • Возможны артефакты в сценах с быстрым движением или сложной геометрией.

DLSS 3.5 (2023):

• Запуск: Анонсирована в 2023 году.
• Ключевые новшества:
  • Ray Reconstruction: Улучшает качество трассировки лучей, заменяя традиционные денойзеры (шумоподавители) на ИИ-обработку. Это повышает чёткость отражений, теней и глобального освещения.
  • Работает на всех RTX-видеокартах (не ограничена RTX 40-й серией).
• Преимущества:
  • Значительно улучшает визуальное качество в играх с трассировкой лучей (например, Cyberpunk 2077: Phantom Liberty).
  • Снижает артефакты, связанные с denoising, такие как размытие или мерцание.
• Ограничения:
  • Требует поддержки со стороны игры.
  • Высокая вычислительная нагрузка на Tensor Cores.

DLSS 3.7 и выше (2024–2025):

• На момент апреля 2025 года NVIDIA продолжает обновлять DLSS, добавляя улучшения в генерацию кадров, масштабирование и интеграцию с новыми технологиями. Точные детали зависят от анонсов NVIDIA, но ожидается дальнейшая оптимизация для VR, облачного гейминга и поддержки новых архитектур GPU.

 

Режимы DLSS

DLSS предлагает несколько режимов, которые пользователь может выбрать в настройках игры:

• Quality (Качество): Рендеринг в разрешении, близком к целевому (например, 67% от 4K). Максимальная чёткость, минимальный прирост FPS.
• Balanced (Баланс): Компромисс между качеством и производительностью (например, 58% от 4K). Хорошее качество с заметным приростом FPS.
• Performance (Производительность): Рендеринг в более низком разрешении (например, 50% от 4K). Значительный прирост FPS, но возможна потеря мелких деталей.
• Ultra Performance: Рендеринг в очень низком разрешении (например, 33% от 4K). Максимальный FPS, подходит для 8K или экстремальных сценариев, но качество может страдать.
• DLAA (Deep Learning Anti-Aliasing): Специальный режим, где рендеринг происходит в нативном разрешении, а ИИ используется только для сглаживания. Не увеличивает FPS, но улучшает качество изображения.

 

Преимущества DLSS

• Высокая производительность: Увеличение FPS до 2–4 раз в зависимости от режима и игры.
• Качество изображения: Масштабированные кадры часто выглядят лучше, чем нативное разрешение, благодаря ИИ-обработке.
• Поддержка высоких разрешений: Делает 4K и 8K доступными для видеокарт среднего уровня.
• Оптимизация трассировки лучей: Компенсирует высокую нагрузку от Ray Tracing, сохраняя плавность.
• Широкая поддержка: На 2025 год DLSS поддерживается сотнями игр, включая крупные проекты на Unreal Engine, Unity и других движках.
• Гибкость: Разные режимы позволяют настроить баланс между качеством и производительностью.

 

Ограничения и недостатки

• Аппаратная зависимость: DLSS работает только на видеокартах NVIDIA RTX (20-й, 30-й, 40-й серий и выше) из-за Tensor Cores.
• Зависимость от разработчиков: Требуется интеграция в игру, что ограничивает поддержку старых или инди-проектов.
• Артефакты: В некоторых сценариях (особенно в DLSS 1.0 или при использовании режима Performance) возможны размытие, мерцание или артефакты в движении.
• Задержка ввода: Генерация кадров в DLSS 3.0 может увеличивать input lag, что критично для соревновательных игр.
• Ограниченная поддержка старых версий: DLSS 3.0 и 3.5 требуют RTX 40-й серии для некоторых функций, что исключает старые карты.

 

Сравнение с конкурентами

DLSS часто сравнивают с другими технологиями масштабирования:

• AMD FSR (FidelityFX Super Resolution):
  • FSR — это технология AMD, которая работает на любых GPU, включая NVIDIA и Intel.
  • FSR 1.0 использует пространственное масштабирование (без ИИ), что даёт худшее качество, чем DLSS.
  • FSR 2.0 и 3.0 добавили временное масштабирование и генерацию кадров, но всё ещё уступают DLSS по качеству из-за отсутствия ИИ.
  • Преимущество FSR — совместимость с широким спектром оборудования.
• Intel XeSS:
  • XeSS — технология Intel, использующая ИИ и XMX-ядра (аналог Tensor Cores).
  • Качество XeSS сравнимо с DLSS 2.0, но поддержка ограничена, и технология менее распространена.
  • Работает на GPU Intel Arc и некоторых картах NVIDIA/AMD, но оптимизирована для Intel.
• TSR (Temporal Super Resolution):
  • Используется в Unreal Engine 5, не зависит от оборудования.
  • Качество ниже, чем у DLSS, но не требует Tensor Cores.

DLSS остаётся лидером благодаря интеграции ИИ, поддержке NVIDIA и широкому распространению в AAA-играх.

 

Применение DLSS

DLSS используется в следующих областях:

• Игры: Основное применение — AAA-игры с высокими графическими требованиями (Cyberpunk 2077, Spider-Man: Miles Morales, Alan Wake 2).
• VR: DLSS 2.1 и выше улучшают производительность в виртуальной реальности.
• Облачный гейминг: NVIDIA GeForce Now использует DLSS для оптимизации потоковой передачи.
• Разработка: Интеграция в движки Unreal Engine, Unity и другие упрощает использование DLSS в новых проектах.
• Профессиональные приложения: Некоторые приложения для 3D-рендеринга (например, NVIDIA Omniverse) экспериментируют с DLSS для ускорения визуализации.

 

Поддерживаемые игры и оборудование

• Игры: На 2025 год DLSS поддерживается в сотнях игр, включая The Witcher 3: Wild Hunt (обновление Next-Gen), Elden Ring, Starfield, Portal RTX и другие. Полный список доступен на сайте NVIDIA.
• Оборудование:
  • DLSS 1.0 и 2.0: RTX 20-й, 30-й, 40-й серий.
  • DLSS 3.0 (Frame Generation): Только RTX 40-й серии.
  • DLSS 3.5 (Ray Reconstruction): Все RTX-видеокарты.
• Драйверы: Требуются актуальные драйверы NVIDIA Game Ready.

 

Будущее DLSS

NVIDIA активно развивает DLSS, и в будущем можно ожидать:

• Улучшение генерации кадров для снижения задержек и артефактов.
• Расширение поддержки Ray Reconstruction в новых играх.
• Интеграцию с новыми технологиями, такими как облачный рендеринг и метавселенные.
• Оптимизацию для будущих архитектур GPU (например, Blackwell, ожидаемая в 2025–2026 годах).
• Возможное расширение на неигровые приложения, такие как обработка видео или симуляции.

 

Заключение

NVIDIA DLSS — это революционная технология, которая изменила подход к рендерингу в играх, обеспечивая баланс между производительностью и качеством изображения. Благодаря использованию ИИ и Tensor Cores, DLSS позволяет играть в высоких разрешениях с трассировкой лучей даже на видеокартах среднего уровня. Несмотря на ограничения, такие как зависимость от RTX-видеокарт и необходимость интеграции в игры, DLSS остаётся лидером среди технологий масштабирования, опережая AMD FSR и Intel XeSS. С выходом новых версий (DLSS 3.5 и выше) технология продолжает совершенствоваться, делая игровой процесс более плавным и визуально впечатляющим.