Cần bao nhiêu VRAM để render 3D?

Khi thiết lập một PC để render, yêu cầu bộ nhớ video của GPU có thể khác nhau tùy thuộc vào phần mềm bạn sử dụng cũng như độ phức tạp của dự án. Việc chọn GPU có đủ VRAM rất quan trọng để render 3D hiệu quả vì VRAM ảnh hưởng trực tiếp đến cách xử lý các dự án phức tạp. Trong bài viết hôm nay, chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về VRAM và nhu cầu VRAM cho các khối lượng công việc render khác nhau. 

VRAM (Video Random Access Memory) là bộ nhớ tốc độ cao nằm trên card đồ họa (GPU) của bạn. VRAM là một thành phần của hệ thống bộ nhớ lớn hơn, đóng vai trò lưu trữ tạm thời, nhanh chóng cho bộ xử lý đồ họa nằm trên GPU của bạn để đảm bảo GPU có quyền truy cập vào dữ liệu cần thiết để xử lý và hiển thị hình ảnh một cách mượt mà.

Nguồn: Nvidia

Trước khi GPU có thể xử lý một khung hình, VRAM giữ tất cả các mô hình, kết cấu, hình học và bản đồ ánh sáng sẵn sàng để bộ xử lý đồ họa sử dụng khi render khung hình đó. Sau khi render xong, GPU sẽ lưu trữ khung hình trong VRAM dưới dạng framebuffer. Framebuffer này sau đó được gửi đến màn hình video để xuất hình ảnh cuối cùng lên màn hình của bạn.

Render có nghĩa là xử lý các tính toán đồ họa khác nhau để tạo ra kết quả cuối cùng trực quan khi kết hợp với nhau. Và GPU thực hiện một loạt các phép tính sử dụng dữ liệu được lưu trữ trong VRAM.

Để đơn giản hóa quy trình, khi render hình ảnh trực quan trong phần mềm 3D để có thể hiển thị hình ảnh cuối cùng lên màn hình sẽ trải qua các bước sau:  

• • Đầu tiên, dữ liệu scene như kết cấu, đa giác, hoạt ảnh và ánh sáng được tải từ Bộ lưu trữ lớn vào VRAM của GPU.
  • Sau đó, GPU sẽ dò tia qua từng pixel trên màn hình.
  • Khi một tia chạm vào một bề mặt, GPU sẽ tìm trong VRAM để xác định đa giác, ánh sáng và kết cấu nào được liên kết với pixel cụ thể đó.
  • Sau khi GPU hoàn tất việc kiểm tra tất cả các pixel cho khung hình đó, khung hình sẽ hoàn tất render và có thể được lưu lại trong VRAM.
  • Cuối cùng, khung hình hoàn thiện sẽ được hiển thị trên màn hình hoặc được lưu vào ổ đĩa lưu trữ.

VRAM được hàn trực tiếp vào GPU (trên PCB – Printed Circuit Board). Nó không thể được nâng cấp hoặc hoán đổi với các mô-đun khác.

Bạn có thể kiểm tra dung lượng bộ nhớ này bằng cách sử dụng công cụ DirectX Diagnostic trên PC. Dưới đây là các bước kiểm tra:

• • Windows + R và gõ “dxdiag“, sau đó nhấp vào Open để mở DirectX Diagnostic (dxdiag) 

• • Trong cửa sổ dxdiag, chọn tab Display 
  • Bên dưới danh sách Device, cuộn xuống dòng Display Memory (VRAM)

Ở đây, iRender đang sử dụng card RTX 4090 với 24GB VRAM.

Lượng VRAM mà framebuffer sử dụng để hiển thị màn hình khá nhỏ, khoảng 50MB cho hình ảnh 4K HDR. Đây là lý do tại sao GPU được thiết kế chỉ dành cho tải màn hình không yêu cầu dung lượng VRAM lớn (khối lượng công việc như lướt web cơ bản và xử lý văn bản).

Tuy nhiên, các GPU thực hiện công việc render cho các tác vụ hình ảnh phức tạp cần nhiều VRAM hơn. Ngoài framebuffer, chúng còn yêu cầu một số bộ đệm dữ liệu để lưu trữ kết cấu, ánh sáng, bóng, hình học và dữ liệu scene khác, những dữ liệu này sẽ nhanh chóng lấp đầy lượng VRAM sẵn có. Khi bạn sử dụng các tính năng chuyên sâu như Ray Tracing, Anti-Aliasing, bản đồ kết cấu phức tạp hoặc làm việc với độ phân giải cao sẽ làm tăng thêm nhu cầu sử dụng VRAM.

Về cơ bản, mọi dữ liệu mà GPU xử lý đều được tải vào VRAM. Tùy thuộc vào khối lượng công việc render cụ thể, điều này có thể liên quan đến Data Buffers, Frame Buffers; Textures, Videos, Image sequences; Polygons, Meshes, Geometry; Lights, Light Caches, Ray-Trees, Depth Maps, UV Maps, và Databases.

Tăng VRAM có thể giúp render nhanh hơn nhưng chỉ khi dung lượng VRAM ban đầu của bạn quá thấp.

GPU sử dụng VRAM giống như cách CPU sử dụng RAM (bộ nhớ hệ thống). Khi RAM đầy, dữ liệu sẽ được lưu trữ ở một page file chậm hơn trên bộ lưu trữ của bạn (đĩa cứng, SSD). Điều này gây ra hiệu suất chậm và có thể dẫn đến sự cố. Vấn đề tương tự cũng xảy ra khi không đủ VRAM. Khi VRAM đầy, dữ liệu sẽ được chuyển sang RAM. Tuy nhiên, việc truy cập dữ liệu từ RAM của GPU chậm hơn nhiều so với VRAM. Điều này là do khoảng cách của RAM với bộ xử lý đồ họa cũng như có nhiều kết nối và bus nhỏ hơn mà nó phải đi qua.

Trong những trường hợp như vậy, việc tăng VRAM có thể cải thiện đáng kể hiệu suất vì dữ liệu giờ đây có thể nằm hoàn toàn trong bộ nhớ của GPU, giúp bộ xử lý đồ họa truy cập dễ dàng hơn. Tuy nhiên, tăng VRAM đồng nghĩa với việc bạn cần mua GPU mới hoặc sử dụng NVLINK.

Dung lượng VRAM rất quan trọng nhưng việc chọn GPU chỉ dựa trên VRAM có thể bỏ qua các yếu tố hiệu suất quan trọng khác. GPU cấp thấp hơn có thể được quảng cáo với lượng VRAM cao hơn GPU cấp cao hơn và điều này nghe có vẻ hấp dẫn. Trên thực tế, việc có nhiều VRAM hơn sẽ không làm cho GPU kém hơn hoạt động tốt hơn GPU cấp cao hơn. Cách tiếp cận tốt nhất là tìm hiểu nhu cầu VRAM cụ thể và hiệu suất tổng thể cho khối lượng công việc của bạn, sau đó chọn GPU đáp ứng đủ các yêu cầu đó trong phạm vi ngân sách của bạn.

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn một số khối lượng công việc render và yêu cầu VRAM của chúng.

Render CPU sử dụng lõi của bộ xử lý thay vì GPU để xử lý. Như vậy, chúng ta sẽ cần GPU ở mức tối thiểu, không cần GPU mạnh. Chỉ cần một GPU với lượng VRAM ở mức trung bình  để đạt được hiệu suất render nhanh và hiệu quả.

Đối với các công việc sử dụng các phần mềm CPU như V-Ray CPU, Corona, hoặc Physical Renderer trong C4D, tốt hơn hết bạn nên tập trung ngân sách vào việc mua CPU có càng nhiều lõi càng tốt. Nó sẽ đảm bảo rằng bạn có được hiệu suất render tốt nhất.

Hiệu suất render của GPU phụ thuộc rất nhiều vào cả khả năng xử lý của GPU và dung lượng VRAM của nó. Bạn cần đảm bảo scene của bạn vừa với VRAM để GPU hoạt động với hiệu suất tối đa. Hầu hết các phần mềm render dựa trên GPU như Redshift, Octane và V-Ray đều render nhanh hơn khi có nhiều lượng VRAM được phân bổ hơn, đặc biệt đối với các scene 3D phức tạp với số lượng đa giác lớn, kết cấu có độ phân giải cao và ánh sáng phức tạp.

Những scene đơn giản với ít lượng polygon và kết cấu có độ phân giải kém hơn thường có thể được render một cách hiệu quả bằng cách sử dụng GPU có VRAM 8GB hoặc thậm chí 6GB. Tuy nhiên, đối với các dự án đòi hỏi khắt khe hơn (kết cấu có độ phân giải cao hơn và số lượng đa giác cao), tốt nhất nên mua GPU có ít nhất 10GB VRAM. Điều này đảm bảo scene sẽ hoàn toàn vừa với bộ nhớ GPU và không phải lưu trữ một phần trong RAM hệ thống.

Ngoài ra, việc render hình ảnh ở độ phân giải cao hơn như kích thước in, thường sẽ yêu cầu GPU có lượng VRAM khá lớn. Ngay cả đối với những scene có độ phức tạp vừa phải, kích thước Bộ đệm kết xuất vẫn tăng đáng kể khi số lượng pixel tăng lên.

Đối với những dự án rất phức tạp, bạn chắc chắn sẽ cần một lượng VRAM nhiều. Hãy cân nhắc card RTX 4090 với 24GB. Ngoài ra, bạn có thể chọn GPU Quadro chuyên nghiệp như RTX A6000 với 48GB. Tuy nhiên, bạn sẽ cần phải bỏ ra một số tiền rất lớn (chỉ) để có được mức dung lượng VRAM lớn này (chứ không phải khả năng xử lý/hiệu suất). 

Một số phần mềm như Redshift và OctaneRender có render “out of core” để khắc phục những hạn chế tiềm ẩn về lượng VRAM thấp. Trong Redshift, nếu vượt quá mức VRAM của GPU thì RAM hệ thống sẽ được sử dụng thay thế. Mặc dù điều này làm giảm hiệu suất nhưng một số dữ liệu scene như textures có thể hoạt động tương đương dù được lưu trữ trong VRAM hoặc RAM của hệ thống. Tuy nhiên, tính năng này chỉ hỗ trợ một số loại dữ liệu mà thôi. Ngoài ra, việc vượt quá mức VRAM có thể gây ra sự cố render. 

Tùy thuộc vào phần mềm bạn sử dụng, có thể sẽ tốt hơn nếu bạn đầu tư vào GPU mạnh với đủ VRAM để tránh tình trạng render chậm.

Tóm lại, đối với các công việc 3D thụ động như kết xuất GPU, yêu cầu VRAM thường là:

• • Scene đơn giản: 8GB VRAM
  • Scene phức tạp vừa phải: 10-16GB VRAM (RTX 3080/RTX 4080)
  • Scene rất phức tạp: 24+GB VRAM (RTX 3090/RTX 4090 hoặc A6000/A7000) hoặc dùng nhiều GPU trên một PC.

Việc sử dụng nhiều GPU trong một hệ thống có thể tăng tốc đáng kể một số khối lượng công việc nhất định như render 3D. Tuy nhiên, lượng VRAM của những GPU này sẽ không cộng dồn lại với nhau. Card đồ họa và công nghệ khe cắm PCIe hiện tại không cho phép truy cập real-time vào bộ nhớ của GPU khác mà không có độ trễ đáng kể.

Trong hệ thống nhiều GPU thông thường, khối lượng công việc được chia thành các bản sao giống hệt nhau và mỗi GPU xử lý song song phần dữ liệu riêng của nó. Tính toán song song này giúp cải thiện hiệu suất.

Ngoài ra, có thể kết hợp bộ nhớ khi kết nối GPU trực tiếp thông qua NVLink. NVIDIA cung cấp khả năng tổng hợp bộ nhớ thông qua công nghệ NVLink với một số card GeForce và Quadro cao cấp. Để tính năng này hoạt động, phần mềm được sử dụng phải hỗ trợ loại bộ nhớ kết hợp này. 

Tuy nhiên, NVLink không phải là giải pháp hoàn hảo vì tính hỗ trợ phần mềm hạn chế. Do đó, bạn nên mua GPU có dung lượng VRAM lớn, ngay cả cho hệ thống cấu hình nhiều GPU. Điều này sẽ đảm bảo rằng mỗi GPU có đủ lượng VRAM để xử lý khối lượng công việc một cách độc lập.

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!