颠覆性的改变!一

重构计算机图形计算的NVIDIA Geforce RTX平台

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十年磨一剑

计算机图形计算领域每一次变革,都对整个科技甚至社会生产应用领域有着极大影响,而NVIDIA作为计算机图形计算领域的领军企业,其近期发布基于革命性的 NVIDIA Turing架构和 NVIDIA Rtx平台的geforce RTX系列显卡迅速成为市场话题的焦点,除集可编程着色技术、实时光线追踪、人工智能于一身外,Turing架构的Geforce RTX显卡及其平台在NVIDIA内部拥有极高评价。

“Turing开启了游戏行业又一个黄金时代,它为玩家奉上只有光线追踪技术才能实现的高保真度,而此前大多数人认为仍需十年努力才可实现这一成果。这一突破性混合渲染模型通过注入闪电 般的光线追踪技术与 AI,为当今的计算机图形提供巨大助力。RTX 为计算机图形定义全新视界,在体验 RTX 游戏之后,您便再也不愿回到过去。”— NVIDIA创始人兼首席执行官黄仁勋先生表示。新推出的Geforce RTX 2080 Ti/2080/2070 显卡均配备游戏GPU中前所未见的全新特性,包括: •全新RT Core:可凭借对阴影、反射、折射和全局照明等物理属性的准确把握,实现对物体和环境的实时光线追踪。•Turingtensorcore:闪电般进行深度神经网络处理。•全新NGX神经图形框架将AI集成至整个图形管线,借助AI算法执行令人惊叹的图像增强与生成流程。

承载追光梦的图灵架构

每一代新显卡的诞生,核心架构的变化总是备受关注,NVIDIA Geforce RTX平台采用全新的Turing(图灵)架构,其具有多达4,608个cuda内核,可并行提供高达16万亿次浮点运算,每秒16万亿次整数运算,可加速虚拟现实的复杂仿真。从VR虚拟现实到AI神经网络,再到红到发紫的光线追踪,Turing架构给市场带来了太多的惊喜,也成为

直以来,虚拟真实都是计算机图形技术的发展方向,当人们能够创造以假乱真的虚拟视界时,是否意味着已经掌握着一部分“创世”的能力呢?玄奥的创世论离人们太远太远,但真实的视界却在一次又一次的技术更迭后离人们越来越近……

人们了解NVIDIA Geforce RTX平台的第一步。与Volta一样,turing SM被划分为4个子核(或处理块),每个子核具有单个warp调度器和调度单元,而Pascal的2个分区设置是每个子核的warp调度器具有两个相对的调度端口。这样的变化意味着Volta和turing失去了在一个时钟周期内从线程发出第二条非依赖指令的能力。Turing可能与Volta在两个周期内执行指令相同,但调度程序可以在每个周期发出独立指令,因此Turing最终可以通过这种方式维护双向指令级并行(ILP),同时仍然具有两倍于Pascal的调度程序数量。

不可小觑的GDDR6显存

除了架构变化极大,另NV IDI A Geforce R T X平台向着人们的追光梦迈进一大步外, NVIDIA Geforce RTX平台搭载的GDDR6显存同样是其追光的关键。

GDDR6继承了GDDR5X中的16BIT预取宽度,使用了改进版的QDR 4倍数据倍率技术,也就是说每个时钟可以传输4BIT数据。GDDR6终于一改以往GDDR1/ 2/3/4/5/5X只有一个读写通道问题,使用双通道,每通道的读写宽度降低至16/8,虽然位宽变小了,但实际上两个通道可以同时工作,效率更高以后,会带来明显的性能提升。

除了速度上的提升外,G D D R 6在容量上的改变也非常喜人。原本GDDR 5最常见的都是8Gb单颗粒,而GDDR6标准下未来最高容量可以达到3 2 G b,换算过来单颗粒就是4GB。另一方面,GDDR6的显存带宽可以做到16Gbps×384bit÷8=768gb/s。

高速的GDDR6显存能够有效提升数据交换带宽,针脚少、尺寸更小、效能更高等特点能让其占用的PCB面积更小,运行也更稳定。显存的更迭,为NVIDIA Geforce RTX平台的崛起提供了极为有利的支持。

深度学习与VR

NVIDIA Geforce RTX平台为整个计算机图形应用领域带来的改变本身可分为硬件和技术两个部分,Turing架构和gddr6显存可以说是其硬件规格变化的核心,而在技术应用上,除了万众瞩目的追光技术外,AI深度学习和更成熟的VR技术都是NVIDIA Geforce RTX平台在技术应用上的重要变革。

Turing架构拥有的tensor Core专门针对加速深度学习训练和推理应用,能够提供高达500万亿tensor的计算能力,这就为ai的强大能力提供了 保障。而对于工程或游戏方面目前来看最大的应用就是DLAA—抗锯齿,Tensor核心能够通过强大的算力对高质量运动的图像由于分辨率缩放和视角改变等因素产生的锯齿进行深度学习优化。单凭这两点,NVIDIA Geforce RTX平台在画质上已经能够担当得起“以假乱真”四个字了,而该平台不仅搭载了能够优化渲染的可变速率着色(VRS, Variable Rate Shading) ,更拥有能够支持提供超宽视场和斜面显示屏的下一代头显设备的多视角渲染(Multi-view Rendering)技术。

多视角渲染本身能够让用户看到一个无边无际的虚拟世界,配合USB Type-c和virtuallink连接技术,能够极大提升VR应用体验。

计算机光影技术的里程碑

NVIDIA RTX平台本次推出的光线追踪技术绝对是整个新平添的人气焦点,实时光线追踪技术对于很多游戏玩家来说或许非常生涩,但放在游戏体验中我们可以这么理解,3D大型游戏凭借超 现实的游戏环境被玩家所追捧,双眼直观感受到的游戏画面比传统2D游戏更加丰富,这主要归功于设计师精湛的3D建模技术让人物、山水变得拟真度极高,但不管游戏发展的趋势,我们切实能够感受的都只能呈现在显示器平面上,开发者需要通过复杂的转换将3D游戏场景转化为2D画面,这就需要画面内每一个物品都和真实环境相似,具备阴影等效果。

光线追踪直接模拟穿过虚拟环境的光线,创建代表从环境到相机的光路反向的光线。射线与场景相交,确定射线击中哪个物体,如果有的话。材质着色器或环境着色器计算照明值沿着光线的路径。最后,产生的光照值被写入帧缓冲器。

实时光线追踪的概念并不复杂,但是计算量大。理论上讲,光线追踪包括投射场景中每个光源的光线,产生(通常是随机的)光线,并在它们碰撞时跟随它们并在表面上反射。在每个表面上,光线的特性都与其碰触的材料的特性以及它相交的角度相结合。可以模拟反射光线的多条射线来追踪

可能采用不同颜色从而反射出物体的光线,追踪过程一直持续到光线离开场景。此次NVIDIA推出的RTX 20系显卡包括现在绝大多数光线追踪技术采用的都是逆向思维,即以“摄像机”镜头为出发点,反向回溯光线并通过这些光线寻找光源。

可以理解为RTX的光线追踪是人为定义了射入摄像机的光线总量,通过回溯这些光线反射后以寻找光源,每一个交汇结果都可以被作为是回溯过程中招惹到的光源所发射的光线与物体作用的结果,找不到就丢弃。

以10W束标准自然光线的场景遍历举例,平均每道光线进行3次交互检查,大概需要100T的DP算力。而基于DXR环境下的光线追踪。以16T的SP算力实现100G束光线的单次交汇检查,这个运算效率的提升的颠覆性的。RTX光线追踪技术将天生与缓存体系敌对的光线追踪过程重新拉回现有渲染流水能够控制的范围内,让现有流水线能够处理本来无法完成的过程。

庞大的计算能力和创新的算法,带来的最终结果就是画面物体之间的所有交互关系所产生的颜色、亮度甚至透视度等变化都将是符合自然规律,接近视觉体验的真实成为RTX实时光线追踪技术最大的成就。

快速跟进的游戏

革命性的光线追踪技术带来全新视觉体验,近乎颠覆性的用户体验变化首先得到了游戏厂商的支持,而且NVIDIA一直以来同游戏开发厂商关系相当不错,此次还推出了一套功能强大的工具, 游戏开发者可借此强化光线追踪和AI效果,包括支持高级可编程着色器、光线追踪和深度学习的硬件和软件,这令NVIDIA Geforce RTX平台一经亮相便已经有众多游戏支持—根据NVIDIA官方给出的名单,目前RTX光线追踪技术已经得到包括《战地5》《古墓丽影:暗影》《逆水寒》《剑网3》等在内是一款游戏支持,而前面提到的DLSS全新抗锯齿技术也得到了《最终幻想XV》《杀手2》《逆水寒》《绝地求生》等在内十六款游戏支持,整个游戏阵营初具规模。

随着NVIDIA Geforce RTX平台的落地,相信整个游戏阵营还会迅速扩大,这也成为NVIDIA Geforce RTX平台大众化进程的动力。

受益的不只是游戏

游戏娱乐可以说是新一代计算机图形技术大众化进程的先锋,但以追光带给人们真实视界的NVIDIA Geforce RTX平台显然不会局限于游戏应用,其对于计算机生产力属性的提升同样明显。Quadro RTX服务器是一个交互式的平台,它预装了业界领先的内容创建和渲染软件,提供了功能强大且易于部署的渲染解决方案。开发者们可以将Quadro RTX Gpu与新的quadro Infinity软件(2019年第一季度推出)相结合,轻松完成图形渲染和创意应用等工作。

同时,光线追踪和新的Tensor核心用于ai推理,实现新一代的混合渲染,通过神经网络的复杂计算和模型的流畅运行可以实现影院级交互体验,对于教学、医疗等领域而言,都具有极强的实用性。

令人亢奋的20系列显卡

了解了NVIDIA Geforce RTX平台软硬件技术更迭后,产品自然是终端消费市场关注的重点。首先亮相的三张显卡分别为RTX 2080T、IRTX 2080、RTX 2070,这三款RTX高端游戏显卡均采用了台积电的12nm工艺,比上一代的16nm有所提升。

在这三款新品中RTX 2080Ti是图灵游戏显卡中的顶级旗舰产品,有4352颗CUDA核心、核心基准频率为1350MHZ、11GB GDDR 6显存,显卡主体为250W,剩下的部分留给了type-c接口。RTX 2080的规格有所削减,搭载了2944颗CUDA核心、核心基准频率为1515MHZ、显存容量为8GB。它的TDP为250W,显卡主体为215W。RTX 2070拥有2304颗CUDA核心、核心基准频率为1410MHZ、搭载8GB显存,显卡主体的TDP为175W。

非常有意思的是,在不少消费者抱怨NVIDIA Geforce RTX平台产品售价太高的时候,其首批产品基本上是以电商上架即秒空的结局收场,市场追捧热度非常高。

写在最后:未来已至

从计算机图形技术诞生那一刻开始,人们便从未放弃过对真实世界的模仿,而NVIDIA Geforce RTX平台第一次如此近地将“圣杯”放到了人们面前,未来,触手可及!

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