Chọn render CPU hay GPU cho năm 2024?

Trong lĩnh vực đồ họa máy tính và kết xuất 3D (3D rendering), có rất nhiều nhầm lẫn và hiểu lầm xung quanh việc lựa chọn giữa render CPU hay GPU. Sự phát triển của ngành và phần lớn các tiêu đề thu hút sự chú ý đều xoay quanh render GPU nhờ tốc độ của nó. Điều này hợp lý vì các nghệ sĩ muốn render càng nhanh càng tốt. Vậy liệu render CPU còn khả thi không? Nên lựa chọn render CPU hay GPU? Lựa chọn này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tốc độ, hiệu quả và độ chính xác của kết xuất của bạn. 

Thật ra render CPU hay GPU đều có những ưu điểm và hạn chế riêng. Hãy cùng chúng tôi xem xét một số khía cạnh chính của render 3D và xem việc lựa chọn giữa render CPU hoặc GPU định hình các khía cạnh khác nhau của quá trình kết xuất ra sao.

CPU là thành phần chủ lực của máy tính. Cho đến nay, CPU đã và đang là thiết bị tính toán mặc định của máy tính trong nhiều thập kỷ. Chúng được thiết kế để xử lý nhiều tác vụ khác nhau và hầu hết các phần mềm đều được thiết kế xoay quanh điểm mạnh và yếu của CPU. CPU từ lâu đã là tùy chọn mặc định để render và hầu như tất cả các công cụ đều scale render tốt với CPU nhiều nhân hoặc nhiều CPU. Ngoài việc render, nhiều phần mềm 3D còn sử dụng CPU để mô phỏng vật lý (physics simulations), quá trình tạo ra sức mạnh tổng hợp giữa việc render các cảnh nặng trên CPU. 

Việc các nghệ sĩ mở nhiều phần mềm nặng cùng một lúc cũng là điều rất bình thường. Nói chung, việc có nhiều nhân CPU hơn sẽ mang lại trải nghiệm mượt mà hơn vì mỗi ứng dụng có thể sử dụng tối đa một vài nhân mà không phải cạnh tranh tài nguyên của CPU có ít nhân hơn. 

Mặt khác, GPU hầu như chỉ được thiết kế để tính toán đồ họa. Mặc dù nổi trội trong lĩnh vực này nhưng GPU không có nhiều ứng dụng khác cho các chuyên gia 3D. Một số phần mềm, ví dụ như Cinema 4D, đã bắt đầu sử dụng GPU để mô phỏng vật lý, điều này khác xa với tiêu chuẩn ở thời điểm này.

GPU được thiết kế để đạt được tốc độ tuyệt đối khi thực hiện tính toán 3D. Nhờ sức mạnh xử lý song song, GPU có thể thực hiện vô số phép tính cùng một lúc. Trong các tác vụ render, đặc biệt là trong các phần mềm real-time, GPU thể hiện sức mạnh tốt của nó. Trong cảnh 3D, công cụ render cần tính toán vị trí của hàng triệu đỉnh, tia sáng, họa tiết, v.v. Tất cả các phép tính cụ thể này không cần phải diễn ra tuần tự, mà có thể được thực hiện song song hoặc theo bất kỳ thứ tự nào. Một GPU hiện đại có thể có hàng nghìn lõi (ví dụ RTX 6000 Ada có 18.176 lõi CUDA), trong khi CPU cao cấp nhất chỉ có 64 lõi. Mặc dù các lõi CPU thường nhanh hơn nhiều so với GPU, nhưng không đủ để tiến gần đến việc bù đắp sự khác biệt. 

GPU cũng được hưởng lợi từ thư viện lập trình CUDA mà NVIDIA phát triển riêng cho tính toán đồ họa. Sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm được thiết kế dành riêng cho trường hợp sử dụng này đã dẫn đến các lựa chọn render cực nhanh. Nhiều công cụ render GPU cũng sử dụng tính năng khử nhiễu AI của NVIDIA để làm sạch kết quả mà không mất nhiều thời gian để truyền nhiều tia hơn nhằm tạo ra hình ảnh sạch hơn theo cách truyền thống. Một số người có thể không thích kết quả của việc khử nhiễu AI này, nhưng bạn hoàn toàn có thể thu được một kết quả tự nhiên cân bằng. 

Khi cần độ chính xác tối đa, CPU là vô địch. CPU hoạt động xuất sắc trong các nhiệm vụ đòi hỏi tính toán phức tạp và mô phỏng số, như render về lĩnh vực khoa học và kỹ thuật (ví dụ, mô phỏng động lực học chất lỏng, phân tích cấu trúc hoặc mô hình phân tử, vv). Điều này là do CPU hỗ trợ tốt hơn các phép tính dấu phẩy động có độ chính xác kép hoặc FP64. 

Hiện nay, các GPU hiện đại đang xử lý tốt hơn về mặt này. Ngoài ra, một số card chuyên dụng có thể vượt xa CPU. 

Nhìn chung, xét về độ chính xác, CPU vẫn dẫn đầu, nhưng render GPU hiện cũng đang được phát triển và dần bắt kịp CPU. 

CPU sử dụng RAM của hệ thống để lưu trữ các ứng dụng (phần mềm) và các dữ liệu của cảnh. Điều này cho phép CPU xử lý các tập dữ liệu khổng lồ và các cảnh kích thước lớn mà không bị hạn chế về bộ nhớ. Nhiều CPU cấp server (máy chủ), như Threadripper Pro và Epyc của AMD hoặc Xeon của Intel, hỗ trợ RAM lên tới 2048-4096GB. 

Tuy nhiên, GPU có dung lượng VRAM lớn nhất vẫn chỉ có 48GB. Khi kích thước và độ phức tạp của cảnh tăng lên, với số lượng đa giác, kích thước kết cấu, mô phỏng vật lý, v.v., GPU có thể nhanh chóng hết bộ nhớ, dẫn đến tốc độ render chậm hơn nhiều hoặc tệ hơn là làm hỏng hệ thống. Nhiều công cụ render GPU, ví dụ như Octane, đang nỗ lực rất nhiều vào lĩnh vực này để tạo ra những cảnh lớn hơn trên các lượng VRAM nhỏ hơn. Tuy nhiên, không thể phủ nhận, render CPU vẫn tốt hơn cho những cảnh lớn.

Khi khả năng tương tác theo thời gian thực và trải nghiệm hình ảnh sống động là điều tối quan trọng thì GPU chính là nhà vô địch không thể tranh cãi. Hãy nghĩ đến trò chơi điện tử, mô phỏng thực tế ảo, hướng dẫn kiến ​​trúc và ứng dụng 3D tương tác. Nói điều này không có nghĩa là CPU không có khả năng thực hiện các tác vụ 3D theo thời gian thực. Zbrush là phần mềm điêu khắc 3D hàng đầu, tạo ra các mô hình với vài triệu đa giác và hầu như nó chỉ dựa trên CPU. Nhiều CPU có các GPU tích hợp hoặc iGPU, có khả năng hiển thị đầu ra. Tuy nhiên, chúng có công suất khá thấp so với các GPU chuyên dụng. Đối với các phần mềm như Unreal hoặc Chaos Vantage, GPU chuyên dụng là cách duy nhất để có được hiệu suất tốt với hình ảnh độ trung thực cao hơn.

CPU nổi tiếng về mức tiêu thụ năng lượng của chúng. Điều này có thể dẫn đến chi phí năng lượng cao hơn cho trang trại kết xuất (render farm) hoặc kéo dài thời gian render trong môi trường hạn chế về điện. Việc mở rộng một số hệ thống sẽ yêu cầu chạy điện chuyên dụng để đảm bảo có đủ năng lượng. Theo truyền thống, các CPU cao cấp hơn tiêu thụ nhiều năng lượng hơn các GPU. Trong khi mức tiêu thụ điện năng của CPU tiếp tục tăng thì mức tiêu thụ năng lượng của các GPU mới hơn đang tiến gần đến mức tiêu thụ năng lượng của CPU. 

CPU hiệu suất cao thường đi kèm với mức giá đắt đỏ. Tại thời điểm của bài viết, CPU 64 nhân (Threadripper Pro 5995WX của AMD) có giá bán lẻ gần 6000 USD. Bạn vẫn cần một bo mạch chủ và phần còn lại của hệ thống cho nó nữa. Mặc dù nó hỗ trợ RAM lên tới 2TB nhưng điều đó cũng đi kèm với một mức giá đắt đỏ. Nếu bạn muốn nâng cao khả năng render thì phải mua thêm máy. Tương tự như vậy, việc nâng cấp lên CPU mới có thể yêu cầu bo mạch chủ mới và RAM mới. 

Ví dụ: nếu bạn hiện đang dùng CPU Threadripper Pro 5995WX 64 nhân để render và muốn nâng cấp lên Threadripper Pro 7995WX 96 nhân mới, bạn sẽ không chỉ cần mua CPU mới mà còn cần cả bo mạch chủ mới vì CPU mới không vừa với bo mạch chủ cũ. Bo mạch chủ mới cũng sử dụng RAM DDR5 mới hơn nên RAM cũ không thể tái sử dụng được. Việc nâng cấp này có thể dễ dàng lên tới hơn 12.000  đến 15.000 USD, tùy thuộc vào điều kiện thị trường hiện tại. 

Còn nếu bạn render GPU và muốn nâng cấp từ RTX 3090 lên RTX 4090, chi phí sẽ thấp hơn (khoảng 2000 USD) và chỉ mất vài phút để thực hiện thay đổi phần cứng.

Một yếu tố cần cân nhắc khác mà nhiều người bỏ qua là yếu tố hình thức của hệ thống đang được sử dụng. Máy tính để bàn (desktop workstation) bị giới hạn ở một CPU duy nhất và các hệ thống có CPU có số lượng nhân rất cao, như Threadripper hoặc Xeon, có xu hướng rất lớn về kích thước. 

Nếu bạn muốn có nhiều CPU để xây dựng trang trại kết xuất riêng, thì sẽ cần nhiều máy tính để bàn lớn. Đây là lý do tại sao các trang trại kết xuất hay dựa vào khung rackmount server. Một số khung server CPU chuyên dụng sẽ có thể chứa 4 đến 8 CPU trong một không gian tương đối nhỏ. Sau đó, nhiều server trong số này có thể được xếp chồng lên nhau và phần mềm quản lý render (như Thinkbox Deadline hoặc Tractor) sẽ cung cấp frame cho bất kỳ CPU nào có sẵn để render. 

GPU đang trở nên hấp dẫn đối với người dùng bị ngiới hạn ở máy tính để bàn vì chúng cho phép các hệ thống nhỏ hơn phù hợp hơn trên bàn làm việc hoặc hỗ trợ nhiều GPU trong máy tính để bàn lớn hơn. Hệ thống này có thể hoạt động song song với trang trại render CPU. Bạn có thể render GPU để xem trước trên máy tính trong khi làm việc, sau đó gửi cảnh đến trang trại để render ra kết quả cuối cùng. Các ông lớn như Pixar và Dreamworks thường sử dụng quy trình làm việc này. 

Khía cạnh cuối cùng cần xem xét tới là phần mềm render. Việc chọn sử dụng phần mềm nào sẽ xem xét tất cả các yếu tố trên, nhưng cũng có thể ghi đè tất cả các yếu tố đó. 

Ví dụ, trong diễn họa kiến trúc và thiết kế sản phẩm, Corona của Chaos rất được ưa chuộng vì nó được thiết kế để đạt được ánh sáng chân thực như thật một cách dễ dàng. Điều này rất quan trọng vì các nghệ sĩ cần trình bày những mô tả có độ chính xác cao về sản phẩm cuối cùng cho khách hàng của mình. Ngược lại, trong làm phim, nhu cầu về độ chính xác về mặt khoa học không quan trọng bằng, miễn là nó trông có vẻ đáng tin cậy. Vậy nên, bạn thường thấy các phần mềm render GPU như Octane, Redshift hay được sử dụng trong lĩnh vực này. 

Trong các phần mềm hỗ trợ cả CPU và GPU, như V-Ray, Arnold hay thậm chí cả Renderman, việc chọn sử dụng phần cứng loại nào không hề đơn giản. Việc chuyển từ render CPU sang render GPU thường sẽ trả về các kết quả hơi khác nhau trong hình ảnh render cuối cùng. Lý do là có một số tính năng cụ thể sẽ không được cả CPU và GPU hỗ trợ. 

Mỗi loại sử dụng các API khác nhau, dẫn đến các phép tính khác nhau. Do đó, bạn phải thiết lập cài đặt cụ thể để trả về kết quả giống nhau. Thật ra, đây có thể không phải là mối lo ngại quá lớn đối với những người sáng tạo độc lập tạo clip ngắn hoặc ảnh tĩnh, nhưng đối với các hãng phim lớn hơn với hàng trăm nghệ sĩ làm phim dài tập thì yếu tố này cần phải cân nhắc kỹ càng.

Kết xuất 3D đang phát triển không ngừng. Nếu quan tâm về lĩnh vực này, bạn sẽ thấy các có vô vàn các tìm kiếm không ngừng hỏi về cách để render nhanh hơn, cách để render chân thực hơn. GPU đã tạo ra một thế hệ công cụ render hoàn toàn mới và giúp giảm chi phí tham gia vào thế giới 3D. Tuy nhiên, CPU cũng đã có sự bùng nổ về số lượng nhân và tiếp tục là lựa chọn mạnh mẽ cho các trang trại kết xuất và những người dùng cao cấp khác. Người dùng cuối sẽ thích tốc độ mà GPU mang lại để quay vòng nhanh chóng trong quá trình phát triển giao diện hoặc những nghệ sĩ độc lập sẽ thích mức chi phí thấp hơn của GPU trong khi vẫn cho phép họ tạo ra các kết xuất đẹp mắt. Tuy nhiên, CPU vẫn là thế lực thống trị trong ngành. Độ tin cậy, lượng RAM lớn và khả năng mở rộng cho các trang trại kết xuất khiến chúng trở thành lựa chọn phù hợp cho nhiều studio cấp cao. 

Việc lựa chọn giữa render CPU hay GPU không hề bớt phức tạp hơn chút nào. Nhiều yếu tố cần được xem xét khi chọn công cụ render  và thiết lập cấu hình phần cứng phù hợp cho phần mềm đó.

iRender cung cấp máy chủ (server) cấu hình cao, cụ thể là 1/2/4/6/8x RTX 4090 & RTX 3090. Với CPU mạnh mẽ là AMD Ryzen™ Threadripper™ PRO 3955WX @ 3.9 – 4.2GHz và AMD Ryzen™ Threadripper™ PRO 5975WX @ 3.6 – 4.5GHz, bộ nhớ RAM 256GB và dung lượng ổ cứng NVMe SSD 2T, tất cả các server của chúng tôi có thể xử lý hầu hết mọi mức độ phức tạp của các dự án render 3D.

iRender mang đến cho bạn, các nghệ sĩ 3D, một giải pháp render mạnh mẽ và hợp lý để thỏa sức sáng tạo. Chúng tôi tự hào là render farm duy nhất nơi bạn có thể cài đặt bất kỳ phần mềm, plugin phiên bản nào để phục vụ cho dự án. Bạn sẽ có toàn quyền kiểm soát các server và sử dụng chúng như máy tính cá nhân của mình.

Hãy cùng theo dõi các video test hiệu suất render của server multi-RTX 4090 trên các phần mềm Redshift, Octane, Blender Cycles, vv,.

Để biết thêm thông tin, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi qua email [email protected] hoặc số điện thoại +84915875500.

iRender – Happy Rendering!