ฮาร์ดแวร์เรย์เทรซซิ่งเป็นฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ เฉพาะงาน ที่ออกแบบมาเพื่อเร่งความเร็วในการคำนวณเรย์เทรซซิ่ง โดยเฉพาะอย่าง ยิ่งเรย์เทรซซิ่งแบบเรียลไทม์ของกราฟิกสำหรับแอปพลิ เคชัน แบบโต้ตอบ

ปัญหาของการเรนเดอร์กราฟิก 3 มิติสามารถนำเสนอในเชิงแนวคิดได้ว่าเป็นการค้นหาจุดตัดทั้งหมดระหว่างชุดของ " รูปพื้นฐาน " (โดยทั่วไปคือรูปสามเหลี่ยมหรือรูปหลายเหลี่ยม ) และชุดของ "รังสี" (โดยทั่วไปคือหนึ่งหรือมากกว่าต่อพิกเซล) ^{[ 1 ]}

จนถึงช่วงปี 2010 การ์ดเร่งความเร็วภาพสำหรับตลาดทั่วไป หรือที่เรียกว่า หน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU) ใช้ ขั้นตอน วิธีแรสเตอร์ไรเซ ชัน ส่วนขั้นตอนวิธี เรย์เทรซซิ่งแก้ ปัญหา การเรนเดอร์ด้วยวิธีที่แตกต่างออกไป โดยในแต่ละขั้นตอนจะค้นหาจุดตัดทั้งหมดของรังสีกับชุดของรูปทรงเรขาคณิตที่เกี่ยวข้องในฉาก

ทั้งสองแนวทางต่างก็มีข้อดีและข้อเสียของตนเอง การสร้างภาพแรสเตอร์สามารถทำได้โดยใช้อุปกรณ์ที่ใช้ โมเดล การประมวลผลแบบสตรีมโดยสร้างสามเหลี่ยมทีละรูป และจำเป็นต้องเข้าถึงฉากทั้งหมดเพียงครั้งเดียว^{[ a ]}ข้อเสียของการสร้างภาพแรสเตอร์คือ เอฟเฟกต์ที่ไม่ใช่แบบโลคอล ซึ่งจำเป็นสำหรับการจำลองฉากอย่างแม่นยำ เช่นการสะท้อนและเงาจะทำได้ยาก และการหักเห^{[ 2 ]}แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะคำนวณ

อัลกอริทึมการติดตามรังสีนั้นเหมาะสมโดยเนื้อแท้สำหรับการปรับขนาดโดยการประมวลผลแบบขนานของการเรนเดอร์รังสีแต่ละรายการ^{[ 3 ]}อย่างไรก็ตาม สิ่งอื่นใดนอกเหนือจากการฉายรังสีต้องใช้การเรียกซ้ำของอัลกอริทึมการติดตามรังสี (และการเข้าถึงกราฟฉาก แบบสุ่ม ) เพื่อทำการวิเคราะห์ให้เสร็จสมบูรณ์^{[ 4 ]}เนื่องจากรังสีสะท้อน รังสีหักเห และรังสีที่กระจัดกระจายนั้นจำเป็นต้องเข้าถึงส่วนต่างๆ ของฉากอีกครั้งในลักษณะที่ไม่สามารถคาดเดาได้ง่าย แต่สามารถคำนวณเอฟเฟกต์ที่ถูกต้องตามหลักฟิสิกส์ ได้หลายประเภท ทำให้ได้ภาพที่สมจริงกว่าการแรสเตอร์ไรเซชันมาก^{[ b ]}

The complexity of a well implemented ray tracing algorithm scales logarithmically;^[c] this is due to objects (triangles and collections of triangles) being placed into BSP trees or similar structures, and only being analyzed if a ray intersects with the bounding volume of the binary space partition.^[5][d]

Various implementations of ray tracing hardware have been created, both experimental and commercial:

• (1995) Advanced Rendering Technology (ART) founded in Cambridge, UK, based on a 1994 PhD thesis,^[6] to produce dedicated ray tracing silicon (initially the "AR250" chip, which accelerated ray-triangle intersection, bounding box traversal and shading), using a "RenderDrive" networked accelerator for off-line rendering.^[7] Products were first shipped to customers in 1998.^[8] Software provided integration with Autodesk Maya and Max data formats, and utilized the Renderman scene description language for sending data to the processors (the .RIB or Renderman Interface Bytestream file format).^[9] The original AR250 was described as "the first time ray-tracing has been reduced to a single-chip design", achieving ray-tracing performance at "15 times the speed of a 266-MHz Pentium II processor".^[10] ART experienced difficulties at the turn of the century and was acquired by "ART VPS", co-founded by one of ART's founders.^{[6]: 43} As of 2010, ART-VPS no longer produces ray tracing hardware but continues to produce rendering software.^[11]
• (1996) Researchers at Princeton university proposed using DSPs to build a hardware unit for ray tracing acceleration, named "TigerSHARK".^[12]
• (1999-2002) Implementations of volume rendering using ray tracing algorithms on custom hardware were carried out in 1999 by Hanspeter Pfister^[13] and researchers at Mitsubishi Electric Research Laboratories^[14] with the vg500 / VolumePro ASIC based system and in 2002 with FPGAs by researchers at the University of Tübingen with VIZARD II^[15]
• (2002) ห้องปฏิบัติการกราฟิกคอมพิวเตอร์ที่มหาวิทยาลัยซาร์ลันด์ นำโดย ดร.ฟิลิปป์ สลูซัลเลก ได้ผลิตฮาร์ดแวร์เรย์เทรซซิ่งต้นแบบ รวมถึง ชิป SaarCOR (Saarbrücken's Coherence Optimized Ray Tracer) ที่ใช้ FPGA ซึ่งขับเคลื่อนด้วยข้อมูลฟังก์ชันคงที่ ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}และโปรเซสเซอร์แบบโปรแกรมได้ขั้นสูงกว่า (2005) คือ หน่วยประมวลผลเรย์ (RPU) ^{[ 19 ]}
• (2009–2010) Intel ^{[ 20 ]}ได้นำเสนอต้นแบบ GPU "Larrabee" และ MIC Knights Ferry ซึ่งสร้างขึ้นจากโปรเซสเซอร์มัลติคอร์อเนกประสงค์x86ที่งานIntel Developer Forumในปี 2009 พร้อมกับการสาธิตการเรย์เทรซซิ่งแบบเรียลไทม์
• (2009) Caustic Graphics ^{[ 21 ]}ได้ผลิตการ์ดเสียบปลั๊ก "CausticOne" ^{[ 22 ]}ซึ่งช่วยเร่ง กระบวนการ ส่องสว่างทั่วโลกและกระบวนการเรนเดอร์แบบใช้รังสีอื่นๆ เมื่อเชื่อมต่อกับ CPU และ GPU ของพีซี ฮาร์ดแวร์นี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดระเบียบรังสีที่กระจัดกระจาย (โดยทั่วไปเกิดจากปัญหาการส่องสว่างทั่วโลก) ให้เป็นชุดที่สอดคล้องกันมากขึ้น (การกระจายเชิงพื้นที่หรือเชิงมุมที่ต่ำกว่า) เพื่อการประมวลผลเพิ่มเติมโดยโปรเซสเซอร์ภายนอก^{[ 23 ]}
• (2010-2011) Siliconarts ^{[ 24 ]}ได้พัฒนาฮาร์ดแวร์เรย์เทรซซิ่งแบบเรียลไทม์โดยเฉพาะ (2010) RayCore ซึ่งเป็น IP เซมิคอนดักเตอร์เรย์เทรซซิ่งแบบเรียลไทม์ตัวแรกของโลก ได้รับการประกาศในปี 2011
• (2013) Imagination Technologiesหลังจากเข้าซื้อกิจการCaustic Graphicsได้ผลิตการ์ดปลั๊กอิน R2500 และ R2100 ของ Caustic Professional ซึ่งประกอบด้วยหน่วยเรย์เทรซ RT2 (RTU) แต่ละ RTU สามารถคำนวณรังสีที่ไม่สอดคล้องกันได้มากถึง 50 ล้านรังสีต่อวินาที^{[ 25 ]}
• (2014) Imagination Technologiesประกาศ ตระกูล PowerVR Wizard และการใช้งาน GR6500 ครั้งแรก ซึ่งเป็น GPU สำหรับการใช้งานบนมือถือและแบบฝังตัว พร้อมการติดตามรังสีแบบเร่งความเร็วด้วยฮาร์ดแวร์ และหน่วยประมวลผลการติดตามรังสี (RTU) โดยเฉพาะ^{[ 26 ] [ 27 ]}
• (มกราคม 2018) Nvidiaร่วมมือกับ Microsoft DirectXประกาศไลบรารีสำหรับนักพัฒนา Nvidia RTX ^{[ 28 ]}ซึ่งสัญญาว่าจะนำเสนอโซลูชันการติดตามรังสีซอฟต์แวร์ GPU ที่รวดเร็วในGPU รุ่นVolta ^{[ 29 ]}
• (กันยายน 2018) Nvidia ได้เปิด ตัว GPU GeForce RTXและ Quadro RTX ซึ่งใช้สถาปัตยกรรม Turingโดยมีการเรย์เทรซซิ่งแบบเร่งความเร็วด้วยฮาร์ดแวร์โดยใช้บล็อกฟังก์ชันแยกต่างหากที่เรียกว่า "RT core" หน่วยนี้มีขนาด ความหน่วง และอินเทอร์เฟซไปยังแกนประมวลผลที่ค่อนข้างเทียบได้กับหน่วยประมวลผลพื้นผิว หน่วยนี้มีคุณสมบัติ การท่อง BVHการคลายการบีบอัดโหนด BVH การทดสอบการตัดกันของรังสี-AABB และการทดสอบการตัดกันของรังสี-สามเหลี่ยม^{[ 30 ]} GeForce RTX 2080 และ 2080 Ti กลายเป็นการ์ดกราฟิกแบรนด์แรกที่มุ่งเน้นผู้บริโภคที่สามารถทำการเรย์เทรซซิ่งแบบเรียลไทม์ได้^{[ 31 ]}
• (2020) AMDประกาศข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการ "ปรับปรุง" สถาปัตยกรรมไมโคร RDNAตามที่บริษัทระบุ สถาปัตยกรรมไมโคร RDNA 2รองรับการติดตามรังสีแบบเร่งความเร็วด้วยฮาร์ดแวร์แบบเรียลไทม์ ซึ่งประกอบด้วยการถอดรหัสโหนด BVH การทดสอบจุดตัดรังสี-AABB และการทดสอบจุดตัดรังสี-สามเหลี่ยม^{[ 32 ] [ 33 ]}
• (2021) Imagination Technologiesประกาศเปิดตัว GPU IMG CXT พร้อมการเรย์เทรซซิ่งแบบเร่งความเร็วด้วยฮาร์ดแวร์^{[ 34 ] [ 35 ]}
• (มกราคม 2022) Samsung ประกาศเปิดตัวExynos 2200 AP SoC พร้อมการเรย์เทรซซิ่งแบบเร่งความเร็วด้วยฮาร์ดแวร์โดยใช้สถาปัตยกรรม GPU AMD RDNA2 ^{[ 36 ]}
• (มิถุนายน 2022) ArmประกาศImmortalis-G715พร้อมการเรย์เทรซซิ่งแบบเร่งความเร็วด้วยฮาร์ดแวร์^{[ 37 ]}
• (พฤศจิกายน 2022) QualcommประกาศSnapdragon 8 Gen 2พร้อมการเรย์เทรซซิ่งแบบเร่งความเร็วด้วยฮาร์ดแวร์^{[ 38 ] [ 39 ]}
• (ธันวาคม 2022) Intel ได้เปิดตัว GPU Arc Alchemist ^{[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]}ซึ่งมีคอร์เร่งความเร็วเรย์เทรซซิ่งที่ทำงานเทียบเท่ากับGPU ระดับกลางซีรีส์RTX 3000 ^{[ 43 ]}
• (2023) Apple ประกาศเปิดตัวApple A17พร้อมการเรย์เทรซซิ่งแบบเร่งความเร็วด้วยฮาร์ดแวร์^{[ 44 ]}หนึ่งเดือนต่อมา Apple ประกาศเปิดตัวชิปตระกูล M3สำหรับคอมพิวเตอร์ Mac พร้อมรองรับการเรย์เทรซซิ่งแบบเร่งความเร็วด้วยฮาร์ดแวร์^{[ 45 ]}

• หน่วยประมวลผลประสาท (NPU) – บางครั้งใช้เพื่อเร่งความเร็วในการประมวลผลจากฮาร์ดแวร์เรย์เทรซซิ่ง (แบบเรียลไทม์) เพิ่มเติม

• สถานะปัจจุบันของเทคโนโลยีการติดตามรังสีแบบโต้ตอบ โดย Ingo Wald และ Philipp Slusallek กลุ่มวิจัยด้านคอมพิวเตอร์กราฟิกส์ มหาวิทยาลัยซาร์ลันด์ บทความวิจารณ์ประจำปี 2001