光線追蹤革命？NVIDIA RTX 2000系列顯卡初解

長久以來，程序員和美術設計們通力合作，以前者的圖形技術在硅基晶元上計算海量數據，將各種或靈光乍現或工程流水的概念形象渲染成為精緻的圖像幀，其中非實時的部分為我們貢獻了大量的CG圖像和影視作品，實時部分則建立了龐大的遊戲帝國。栩栩如生的電影和遊戲作品豐富了我們時代的娛樂生活，而他們都離不開光與影創造的圖形渲染質感。

    2018年8月21日，NVIDIA 在德國科隆發布了新一代面向遊戲玩家、圖像工作者的消費級圖形顯卡，為世界帶來了新的革命性改變——RTX 實時光線追蹤渲染技術的初次實用化。

圖靈架構大核心的諸多具體運算能力

    此次發布的 GPU 核心是圖靈架構的 TU102 和TU 104 ,前者目前初步發布的型號是GTX 2080Ti ；後者目前初步對應的型號是 GTX 2080和GTX 2070,  他們都已開始預訂並將在9月20日正式上市。三款顯卡與14日上午SIGGRAPH 2018發布會上的完整RTX 80006000 專業圖形卡有著密切的關係，在基礎架構上可以視為是他們輕度屏蔽CUDA Core 流處理器和顯存容量的變體。

RTX 系列消費級顯卡 功能模塊完整多樣 設計十分厚道

    在此次顯卡更新前，NVIDIA GTX 10系遊戲顯卡已經堅挺銷售了三個自然年度，獲得了極大的市場成功。不過，計算機圖形技術擁有強韌的內驅動力，NVIDIA 公司也永遠不缺乏為新技術赴湯蹈火的探索熱情。RTX 2000系列新顯卡就是NVIDIA 自我革新的最新實踐代表，也是應對遊戲玩家和圖形業界所熱切期盼的圖形性能提升的最佳回應。新一代NVIDIA消費級顯卡面對的主要仍然是PC遊戲市場，同時由於架構方面的普適性，新顯卡也可以在一定程度範圍內兼顧部分深度學習計算和專業圖形渲染。新顯卡最顯著的特點是採用了RTX 實時光線追蹤技術，並且在傳統的CUDA 流處理器集群圖形性能方面有了符合規律的計算提升。

新架構帶來革命技術飛躍 引入RTX-OPS 性能數值概念

     新一代消費級顯卡採用NVIDIA 和台積電深度優化過的12nm工藝，相比上一代Pascal架構具備較強的能耗比優勢。與工藝進步對應提升的是，新的消費級顯卡使用了等效頻率高達14Gpbs的GDDR6 顯存顆粒，以相對較小的顯存位寬實現了不輸於HBM 2體系的顯存帶寬，為新GPU的圖形性能提供了良好的後端保障。當然，由於此次發布會並未真正公布相關核心的內核架構，其GPC集群的內部結構我們還無法確定，傳統光柵化渲染部分的紋理單元、光柵單元數量不得而知。   

RTX 2000系列顯卡的絕對價格有相比10系顯卡有一定提升

    根據我們的視頻錄像回放確認，在發布會結束前介紹GTX 2080Ti、GTX 2080、GTX 2070的價格後，黃仁勛先生孤立得提到了一句「and the RTX 2070 is higher performance than the 1200 dollars』 Titan XP」，可能涉及到新架構顯卡的傳統遊戲性能評述，但聯繫上下文是否有指代「RTX-OPS 」等性能指標的可能性也無法確定。

在科隆發布會開場的PPT上，伴隨著激蕩人心的背景音樂，自1969年以來諸多程序員和圖形演算法研究者在光線追蹤上的努力突破過程一一呈現。

     在目前GPU 主打的圖像實時渲染領域，光柵渲染仍然佔據主導地位。RTX 實時渲染技術的發布成為光柵化渲染的重要補充，為當前圖形技術復現乃至繪製更加「真實可信」、「更具質感」的畫面提供了強有力的支撐。

圖靈和帕斯卡核心的對比（圖片源自鳳凰網）

     如果說光柵化渲染是憑空製造出人造的光源和圖像著色、陰影映射關係，那麼從攝像機終端視角出發逆推光線路徑物體遮擋、環境交互的光線追蹤技術能夠帶來更加符合真實世界規律的精確數學模型和強大表現力。

RTX 技術開啟與關閉的直接畫面對比

     NVIDIA 主打的RTX光線追蹤技術是一種先進的實時渲染演算法，與微軟在DX12 API 子集中力推的DXR 技術站在相似的發展路線上，可以通過將光線擴展到整個場景中計算的方式打造出更加真實的環境，彌補了光柵化渲染的很多固有缺憾。NVIDIA和微軟、EPIC等都保持了良好的合作關係，有望將實時光線追蹤渲染技術深度推廣，帶來新時期的影像革命。

RTX 真實畫面渲染目前單卡（RTX 2080Ti）就有不錯的效果 可替代傳統多卡集群

2006年DX9.0C API憑藉主機遊戲的市場力量成功普及，遊戲圖形技術發展進入了嶄新時代，如果不計工本，大部分遊戲引擎都可以在資源較為充分時提供擬真度相當高的實時渲染畫面。2007年的DX 10 API 更是確定了統一渲染架構，奠定了當代GPU發展的技術路線。因此，黃仁勛先生表示RTX技術是英偉達十年鑄一劍的偉大技術成果，非常具有說服力。

戰地5 和古墓麗影 暗影 演示

新架構的最大變化在於引入了光線追蹤核心（RT Core），用於對物體和環境的實時光線追蹤，準確進行物理陰影、反射、折射和全局照明的繪製。在發布會現場演示的技術Demo過程中，RTX 技術解決了諸如透明順序繪製、多重光線映射等方面的諸多技術難題。

 RTX則通過追蹤光線的軌跡來計算物品對光線的反射和折射，更真實地還原物品在現實中的顏色，對於材質和紋理的表現力高於傳統光柵化渲染方式，更是可以替代諸如HDAO+等近年來流行的光影處理技術。

戰地5 和古墓麗影 暗影 演示

     黃仁勛先生聯合DICE等工作室的代表，現場演示了包括《地鐵:離去》、《戰地5》《古墓麗影 暗影》等多款支持RTX實時光線追蹤渲染技術的革命大作，驚艷全場。其中，《古墓麗影 暗影》主要將RTX技術應用於軟陰影的渲染。《戰地5》充分演示了諸多複雜物體和環境對諸如火焰、爆炸等效果的映射效果，效果遠遠超過傳統的實施映射技術，讓實際遊戲的細節可信度上升了一個新台階。

深度學習應用於DLSS 抗鋸齒實際效果演示

Tensor Core 為代表的深度學習能力應用廣泛

    除了光線追蹤，新架構內部集成的Tensor Core 單元可帶來的深度學習能力可較為廣泛的應用於智能抗鋸齒和包含圖像差值放大、識別與匹配顏色、2D圖像3D化和醫療圖像智能處理等在的諸多方面，同樣體現出了更廣泛地應用潛力。

此次NVIDIA 官方發布的三款顯卡，都是12nm NFF工藝製程產品。Tu102 核心的GTX 2080Ti 核心面積和晶體管被確定為754平方毫米和184億，和RTX 8000相當，是NVIDIA歷史上僅次於Titan V GV100的第二大核心。

圖片來自WCCFTECH整理(部分參數存疑)

    目前的消息表明，Tu102 和Tu 104都由RT Core和傳統的GPC SM單元CUDA 流處理器集群構成。GTX 2080Ti、GTX 2080、GTX 2070的光線追蹤能力分別為10 Giga Ray/s、8 Giga  Ray/s、和6Giga Ray/s ，相比近似規模的RTX 專業顯卡幾無衰減，但卻近10倍於Pascal架構GTX1080Ti（約1.2Giga Ray/s），專屬架構的光線追蹤渲染效率非常強悍。在傳統 流處理器方面，三者分別是4352 CUDA 、2944 CUDA和2304 CUDA的規模。GTX 2080Ti 和GTX 2080的流處理器屏蔽比例相比完整核心來說相對有限。

iGame GeForce RTX 2080（Ti）Advanced

     NVIDIA 此次Founders Edition公版造型採用了罕見的雙風扇設計，並非傳統的單風扇渦輪，可謂相當大膽。相對於公版造型上引起的爭議，諸多首發廠商加強散熱器的設計方案都受到了廣大發燒友的認可。類似七彩虹iGame GeForce RTX 2080（Ti）Advanced 系列的外裝甲風格，更具科技感爆棚，備受好評。

     三款顯卡都使用14Gbps等效頻率的 GDDR6 顯存，GTX 2080Ti 352 Bit位寬擁有616 GB/S帶寬和11GB容量，TDP 功耗250 W，定價999美元起，國內定價在8600-10000元區間，Founders Edtion 價格處於1199美元檔位。GTX 2080和GTX 2070 擁有256Bit 位寬和8GB容量，顯存帶寬448GB/s，TDP功耗分別是215W和180W，對應價格分別是699美元和499美元起，Founders Edition 價格各加100美元。  所有三款顯卡都支持NVlink 新一代多卡互聯介面、Type-C 介面和VirtualLink VR虛擬現實增強數據傳輸介面。

三款顯卡的RTX-OPS(統計概念包含光線追蹤和傳統渲染）和光線追蹤能力

    從技術規格上來說，RTX 2080Ti完整核心的單精度浮點性能被標註為14T，高於GTX1080Ti  ，但其傳統遊戲性能目前還無法充分判斷，缺乏足夠的信息。從基本邏輯分析，新顯卡同級別核心在傳統遊戲中仍將帶來可觀的性能提升，具體幅度有待於新驅動完善後的評測來驗證。在核心設計上，RTX 2000系列消費級顯卡相比RTX 專業圖形顯卡來說完成度很高，其實算得上「非常良心」。不過新技術的普及不會沒有代價，這一代消費級顯卡的整體定價提升幅度還是比較可觀的，在上市初期的競爭力可能不會特彆強，這也有利於顯卡廠商對10系高性價比顯卡的存貨進行清倉處理。   

黃仁勛先生手持RTX 公版顯卡實物

    RTX 2000系列消費級顯卡是技術革新的一代產品，將會引領包括遊戲圖形、深度學習等多方面GPU應用領域的技術理論升級和應用普及。RTX 2000系列將會具備極強的市場競爭力，為NVIDIA乃至整個PC GPU業界的發展打上一針「強心劑」。

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