聊聊 PPU 物理處理器和 PhysX 物理引擎的故事

2024/01/27閱讀時間約 4 分鐘

前陣子回老家整理房間，找到這張 PCI 介面的「物理加速卡」— 華碩 AGEIA PhysX P1.

ASUS’s AGEIA PhysX P1 Card

https://www.legitreviews.com/asuss-ageia-physx-p1-card_346

早期有搭配一張「3D 加速卡」的電腦簡直是夢幻逸品，尤其拿支援 Glide3D API 的 Voodoo 卡來玩 2000 年出的暗黑破壞神 2, 根本是極致的享受。而造就巫毒卡傳奇的 3dfx Interactive 公司在 2000 年底被新秀 nVIDIA 併購，nVIDIA 自此成為了 GPU 顯卡市場的王者。

後來隨著 3D 遊戲的擬真程度越來越高，開發商和玩家追求的不再只是光影畫質表現，還包括了物件和場景的物理碰撞和破壞、煙霧粒子、布料和流體流動等特效，光靠 CPU + GPU 的硬體效能已不堪負荷如此大量的運算。於此同時，nVIDIA 和 (後來被 AMD 併購的) ATi 兩家顯卡大廠也各自推出 SLI 和 CrossFire 解決方案，都有一個共同的特色：需要加裝第二張顯示卡來分擔計算量。

時間來到 2006 年，一家半導體 IC 設計公司 Ageia 提出了 PPU (Physics Processing Unit, 物理運算處理器) 的架構，以及 “CPU + GPU + PPU” 三位一體的概念，合作推出板卡的系統廠則只有唯二兩家：國外的 BFG 和台灣的 ASUS 華碩。

軟體部份，Ageia 透過自主開發的高效能 PhysX 物理引擎，能夠把上述和物理有關運算全部交由 PPU 來處理，讓遊戲中可以同時處理的物體碰撞比傳統模式高出幾個數量級，在當時首發支援的 CellFactor 細胞因子 FPS 第一人稱射擊遊戲的 demo 中，就展示了這種次世代的遊戲體驗。

為了避免曇華一現，遊戲開發商的整合也強勢佈局，和 EPIC Games 合作將 PhysX 整合進 UE 3.0, 微軟用來開發 XBOX360 遊戲的 XNA, 以及 Ubi soft 育碧等廠商和工作室都陸續發佈支援 PhysX 的消息，由此見得 PPU 的未來發展前景可期。

然後呢？就沒有然後了。因為 2008 年 nVIDIA 併購 Ageia 並將 PhysX 物理引擎的硬體加速整合進 GPU 架構，而隨著半導體製程的進步，GPU 的浮點運算能力呈指數性成長，也開啟了圖形處理器通用計算 GPGPU (General-Purpose computing on Graphics Processing Units) 的新藍海。

今天的 nVIDIA PhysX 物理引擎早已超越了本來的範疇，除了電子遊戲、電影和動畫特效，甚至跨足到科學計算、工程模擬、機器人設計、ADAS 先進駕駛輔助系統（自動駕駛）和自動化運作場景模擬。

最新的 PhysX 5 版本，更支援了皮克斯提出的通用場景描述 (Universal Scene Description, USD) 檔案格式，藉此讓開發者能更容易將各類物理特性添加在諸多 3D 模型，藉此產生更真實的物理互動效果，能夠輕易部署進 3D 引擎、元宇宙和 nVIDIA 自家的 Omniverse 元宇宙應用程式創建平台。（跟科學/工程計算、區塊鏈虛擬貨幣、生成式人工智慧等領域一樣，輝達走的路線往往不是加入世界大戰的戰局，而是當軍火商）

PPU 物理加速卡終究是曇華一現，但物理引擎還在奔馳，帶領我們航向未知的領域、解答更多的難題並解鎖更多的應用。

影片1: 細胞因子 (CellFactor) trailer

https://youtu.be/3frnW_2t2v4

影片2: 湯姆克蘭西之火線獵殺：先進戰士 (Tom Clancy's Ghost Recon Advanced Warfighter) trailer

https://youtu.be/o3e1DtVL_Ew