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NVIDIA Ampere - Display e Gestione dei Flussi Video

Con il passare degli anni la richiesta, da parte dei consumatori, di schermi a risoluzione sempre maggiore continua ad aumentare. I giocatori e gli appassionati desiderano pannelli con risoluzioni e frequenze di aggiornamento sempre più elevate, in modo da beneficiare di un maggior livello di definizione dell’immagine associato alla migliore fluidità possibile.

Per questo motivo NVIDIA, in fase di sviluppo dell’architettura Ampere, ha messo a punto un nuovo Display Engine, espressamente pensato per soddisfare le nuove richieste e gestire nel migliore dei modi gli schermi di prossima generazione, contraddistinti da risoluzioni più elevate, frequenze di aggiornamento più veloci e supporto High Dynamic Range (HDR) avanzato.

Le nuove soluzioni grafiche Ampere implementano uscite video Display Port con certificazione 1.4a e pieno supporto VESA Display Stream Compression (DSC) 1.2a per la gestione di schermi a risoluzione 8K (7680 x 4320) con refresh di 60Hz e High Dynamic Range (HDR) oppure 4K (3840 x 2160) con refresh fino a ben 240Hz, sempre con HDR.

Presente anche una connessione HDMI conforme al nuovo standard 2.1, capace di assicurare una bandwidth massima pari a ben 48Gbps, così da poter gestire senza alcun impedimento schermi con risoluzione 8K (7680 x 4320), refresh 60Hz e HDR con un singolo cavo. Anche in questo caso viene implementato il supporto High-bandwidth Digital Content Protection (HDCP) 2.3, oltre al VESA DSC 1.2a.


HDR e Gestione dei Flussi Video


Il nuovo Display Engine di Ampere riconferma il pieno supporto per l’elaborazione di contenuti High Dynamic Range (HDR) in modo nativo all’interno della pipeline, prevedendo, rispetto alla precedente generazione, anche un supporto hardware alla mappatura dei toni. Questa tecnica, utilizzata per approssimare l’aspetto di immagini HDR su schermi al contrario di tipo Standard Dynamic Range (SDR), richiedeva, nell’implementazione prevista nelle vecchie soluzioni Pascal, una mole di calcoli non indifferente, che inevitabilmente aggiungevano latenza.

Supportata, inoltre, la formula di Tone Mapping definita dallo standard ITU-R Recommendation BT.2100, al fine di evitare il fenomeno del “color shift” su diversi display HDR. Oltre a questo, numerose migliorie coinvolgono la componente hardware dedicata alla codifica e decodifica dei contenuti video. Le nuove GPU Ampere, infatti, vantano un’unità encoder NVENC potenziata di settima generazione che fornisce codifica video basata su hardware completamente accelerata ed è indipendente dalle prestazioni grafiche.

La codifica video può essere un’attività complessa dal punto di vista computazionale e con la codifica dislocata su NVENC, il processore grafico e la CPU sono liberi per gestire altre operazioni. Con le impostazioni di streaming comuni di Twitch e YouTube, la codifica hardware basata su NVENC nelle GPU Ampere supera la qualità di codifica X264 basati su software utilizzando il preset Fast ed è alla pari con X264 Medium, un preset che in genere richiede una configurazione a doppio PC.

La codifica 4K è un carico di lavoro troppo pesante per una tipica configurazione della CPU, ma l’encoder NVENC di Ampere assicura la codifica ad alta risoluzione senza problemi fino a 4K su H.264 e persino 8K su HEVC. Sono stati inoltre previsti interventi anche sul decoder NVDEC, giunto alla sua quinta generazione, allo scopo di implementare il supporto alla decodifica di numerosi codec video in ambiente Windows e Linux fino alla risoluzione 8K. Nello specifico viene assicurata l’accelerazione in hardware di MPEG-2, VC-1, H.264 (AVCHD), H.265 (HEVC), VP8, VP9 ed AV-1 ad 8/10 o 12-bit.

Quest’ultimo rappresenta la più grande novità introdotta da Ampere rispetto alla precedente generazione. AV-1, anche noto come AOMedia Video 1, è un formato di codifica video aperto e privo di royalty sviluppato da AOM (Alliance for Open Media), progettato principalmente per trasmissioni video su Internet.

Le GPU Ampere GA10x sono le prime sul mercato a fornire il supporto per la sua decodifica hardware. AV1 fornisce una compressione e una qualità migliore rispetto ai codec esistenti come H.264, HEVC e VP9, e viene adottato da molte delle principali piattaforme video e browser.

AV1 assicura generalmente un risparmio di velocità in bit del 50-55% rispetto ad H.264 ma, sebbene sia molto efficiente nel comprimere video, la decodifica è molto impegnativa dal punto di vista computazionale. Gli attuali decoder software causano un elevato utilizzo della CPU e faticano a riprodurre risoluzioni elevate.

Test interni condotti da NVIDIA facendo uso di una CPU Intel Core i9 9900K hanno registrato una riproduzione media di 28 FPS con un video HDR 8K 60Hz su YouTube e l’utilizzo della CPU è stato superiore all’85%. Le GPU Ampere GA10x possono riprodurre AV1 scaricando la decodifica su NVDEC, che è in grado di riprodurre contenuti HDR fino a 8K 60Hz con un utilizzo della CPU molto basso (~4% sulla stessa CPU del test precedente).

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