安培GPU架构详解之：RTX光追升级 从能用到好用

上代的图灵GPU架构最大的亮点就是引入了RTX实时光追技术，开启了3D游戏的光追时代，意义重大。

但是先行者的代价也不小，而且图灵GPU的光追效果在实际游戏中并不明显，对性能的影响颇大，第一代RTX光追只能说解决了有无问题，现在的安培GPU才是RTX光追更好用。

在图灵GPU上，NVIDIA使用的第一代RT Core可以提供10Giga Rays／s的性能，而在安培GPU上，RT Core升级到了第二代，号称性能翻倍，仅此一点就可以大幅提升光追性能了。

图灵GPU光追架构

安培GPU光追

不过这还不够，在安培GPU上，参与光追应用加速的不只是SM单元、RT单元了，第三代Tensor Core单元也更多的参与其中，而安培架构中SM、RT、Tensor单元的性能都是大幅提升的，以RTX 3080为例，SM单元性能11T提升到了30T，RT性能从上代34T提升到了58T，Tensor性能从89暴涨到238T．

这带来的一个结果就是光追性能大幅提升，不支持硬件加速的Pascal GPU渲染一帧要51ms，图灵可以提升到19ms，加上DLSS等可以缩短到13ms，已经大大低于60fps所需的16．6ms帧时间了。

在安培GPU上，时间还可以更快，单纯硬件加速就可以从13ms缩短到7．5ms，加上第二代技术的加成就只有6．7ms了。

总之，在RT光追性能上，不说没有硬件加速的Pascal显卡，对比RTX 2080到RTX 3080的变化，软件渲染的性能提升了40％，硬件加速的话提升70％，硬件加速＋DLSS也提升了70％，再加上其他技术的辅助，最高可以提升90％的光追性能。

目前还没有实际评测解禁，具体游戏中的提升还不好说，但是刨去官方测试的理想状态，光追性能提升个50％应该无压力，这足以让当前的光追游戏更具实用性，不再是开了RTX性能就大幅下降的情况了。

至于我们可以预期，以前1080p 30fps运行的光追游戏在今年可以实现1080p 60或者2K 144流畅运行了，可用性至少提高一个等级，从凑合能用变得更好用了。

安培GPU架构详解之：第三代Tensor Core、8K游戏成为可能

Tensor Core是伏特GPU引入的一种新核心，现在也是SM单元的三大子核心之一，不过在数据中心GPU上，AI加速功能非常重要，所以A100大核心的Tensor Core占据了相当大的面积，功能及性能都改进不少。

在GA102核心中，Tensor Core也是第三代架构的，但是跟GA100核心的还是有所不同，每组SM单元也是4个Tensor Core，但是性能减半。

但在游戏GPU上，Tensor Core的意义没那么大了，NVIDIA官方的应用中DLSS算是发挥AI加速比较好的，可以进一步提升游戏性能，这一次虽然还是DLSS 2．0，但是配合RTX 3090显卡强大的性能，8K DLSS游戏成为可能。

8K游戏的分辨率是4K的4倍了，是1080p的16倍，光是高分辨率带来的挑战就足以让当前的高端硬件吃不消了，但在DLSS的加持下，RTX 3090在多款主流游戏中可以实现60fps以上的性能，最高可以超过100fps，可玩性已经不是问题。

这大概就是Tensor Core对游戏的重要意义，不过我们得说8K现在还比较遥远，性能跟上了硬件设备也跟不上，现在能玩好4K就差不多了。

安培GPU架构详解之：升级GDDR6X显存 带宽堪比HBM2

除了GPU本体之外，显存技术这一代也升级了，上代的图灵GPU首发了GDDR6显存，这一次NVIDIA又迅速商业化了GDDR6X显存，其中RTX 3090不仅频率飙上了19．5Gbps，还达到了24GB超大容量。

GDDR6X基于目前的GDDR6升级而来，基本架构和技术保持不变，重点加入了PAM4信令机制，在处理器和内存之间，使用四档电压，每个周期内编码和传输两个比特位。

对于PAM4机制，大家可以理解为闪存从SLC到MLC的升级，每周期传输的数据量可以翻倍，因此实现了超高速率的等效频率，起步就可以做到21Gbps，NVIDIA目前使用的略微保守，RTX 3090是19．2Gbps，RTX 3080是18Gbps。

使用GDDR6X显存之后，在等效带宽提升50％的情况下，能效也提升了，每bit功耗降低了15％。

但是想象一下，如今GDD6X就可以实现HBM2显存的1TB／s带宽，但又不需要后者那么复杂的工艺和成本，在消费级显卡上真的可以不需要考虑HBM2了。

安培GPU架构详解之：视频解码、接口、PCIe 4．0

在安培GPU上，还有一些其他技术升级，这里简单说一下吧：

·AV1视频解码升级 支持8K

8K是NVIDIA这次升级的一个重要，除了游戏性能可以支持8K之外，接口及解码上也做了准备。

首先，安培GPU更新的NVDEC首次实现了AV1的8K 60p解码支持，这个编码比H264能够节省大量带宽，但CPU软解的话，9900K这样的CPU占用率也要达到85％，而安培GPU的NVDEC硬解占有率只有4％，同时帧速能从28fps达到60fps，流畅度也提升了。

·首发HDMI 2．1接口、8K输出

输出接口方面，除了3个DP1．4a接口之外，这次首发了HDMI 2．1接口，支持4屏输出，48Gbps的新接口可以实现8K 60Hz HDR支持，适合搭配新一代显示器。

·支持PCIe 4．0 不用担心性能损失

RTX 30系列显卡还支持了PCIe 4．0，这也是大势所趋了，不过PCIe 4．0的问题在于只有AMD的X570平台才能完整支持，Intel的桌面平台还没支持的，有些尴尬。

玩家可以考虑搭配AMD的锐龙平台，但也不必为了PCIe 4．0强行搭配，NVIDIA表示PCIe 4．0降回PCIe 3．0对性能影响有限，只有几个百分点，还不如CPU的影响大，言外之意就是该用酷睿i9－9900K或者酷睿i9－10900K的继续。

游戏工具升级：Reflex、Broadcast、Omniverse Machinima

这几年中NVIDIA在显卡市场份额不断提升，不仅仅跟显卡的性能、功耗有关，他们在软件及体验上也着墨不少，GFE中集成了多个备受游戏玩家欢迎的工具，比如Ansel、Highlights等等。

在安培显卡上，NVIDIA这次又带来了三项新功能，包括降低延迟的NVIDIA Reflex、AI加速的直播NVIDIA Broadcast以及NVIDIA Omniverse Machinima。

·NVIDIA Reflex：延迟再降50％

游戏玩家，特别是网络游戏对延迟很敏感，这个延迟不仅仅跟网络、显卡性能有关，还跟系统有关，包括键鼠的输入延迟等。

NVIDIA Reflex就是一款可以降低延迟的工具，在支持该技术的游戏中，如《Apex英雄》、《使命召唤：战区》、《堡垒之夜》、《VALORANT》等热门电竞游戏，可将延迟降低50％。

此外，NVIDIA Reflex未来还会有个Reflex延迟分析器（Reflex Latency Analyzer），它可监测鼠标点击，并测量屏幕上相应像素变化所需的时间，比如枪焰闪光，效果堪比超过7000美元的专用高速摄像机和设备。

·NVIDIA Broadcast：游戏主播的好帮手

如今游戏跟直播息息相关，NVIDIA Broadcast软件可以让游戏主播更加轻松省力，它通过显卡的AI加速实现了多种功能，比如噪音消除、虚拟背景、自动框显，从而提升麦克风和网络摄像头的效果。

·NVIDIA Omniverse Machinima：自己拍大片

Omniverse Machinima一款引擎电影工具，它可以让玩家利用游戏中的资源自己拍电影，精确地模拟光线、实物、材料和人工智能，并且可以适用于大部分第三方设计工具，如3DS、Max、Maya、Photoshop、Epic Unreal和Rhino等，最终使用RTX系列显卡渲染出电影级的效果。它也是游戏开发商制作游戏CG的利器，显著简化制作游戏过场动画的流程。

One More Thing：RTX IO或许是下一个规则改变者

有关NVIDIA的安培GPU架构及技术上的介绍差不多了，不过最后这一点留给一个看似不起眼但有可能改变游戏体验的新技术——RTX IO，它可以让SSD硬盘实现游戏近乎实时加载的体验。

SSD硬盘现在差不多普及了，它超快的性能也让游戏玩家受益不少，游戏加载速度大幅提升，不过这还没到头，随着游戏容量越来大，数据读取越来越频繁，SSD的性能并不能完美发挥出来。

导致这一问题的根源就在于传统的IO设计，经过压缩的游戏数据需要经过硬盘、主控、PCIe、CPU、GPU及各自的内存系统，过程比较繁琐，存在瓶颈可能。

有了RTX IO之后，游戏数据就不需要经过CPU和内存了，直接让GPU读取，并且支持无损解压缩，使得CPU占用率低了20倍，吞吐量提升了100倍。

最终带来的好处就是游戏加载速度大幅提升，如上图所示，不说HD硬盘的38秒加载时间，PCIe 4．0硬盘加速也要5秒，但RTX IO技术只要1．5秒即可。

1秒多的时间在感觉上差不多就是实时加载了，一眨眼的功夫就完成了切换，游戏中地图或者场景切换极为迅捷。

NVIDIA的RTX IO技术其实跟新一代主机中的技术差不多，但支持更多的压缩格式，同时在解压缩上也更有效率。它也支持微软的DirectStorage，后者预计也会在2021年登陆Windows 10平台，让主机及PC都能享受到这一技术。

作者：宪瑞