軟硬兼施　了解新一代顯卡的“隱藏實(shí)力”

顯存訪問革命

在AMD推出RX 6000系列顯卡的時(shí)候，同時(shí)宣布了一個(gè)“新技術(shù)”——Smart Access Memory，簡稱SAM。它其實(shí)就是一種讓處理器可以訪問全部顯存，即擁有全部權(quán)限（Full Access）的技術(shù)（圖1）。

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在十幾年前，當(dāng)顯卡接口轉(zhuǎn)向PCIe插槽時(shí)，顯卡與處理器的通信能力就是PCIe總線的重要“賣點(diǎn)”。當(dāng)然，處理器和顯卡的通信并不是直接訪問處理器或者GPU，那樣會(huì)擾亂數(shù)據(jù)處理的，GPU通過PCIe通道訪問的主要是內(nèi)存數(shù)據(jù)，而處理器訪問的當(dāng)然就是顯存里的數(shù)據(jù)了。只不過由于當(dāng)初設(shè)計(jì)的問題，處理器訪問顯存的范圍被定在了256MB，也就是最初幾代PCIe高端顯卡（圖2）的顯存容量。

不過之后隨著顯卡顯存容量的提升，這個(gè)能力似乎被遺忘了，于是處理器訪問顯存時(shí)需要的BAR（基礎(chǔ)地址寄存器）就沒有升級過，訪問權(quán)限一直保持在256MB，顯卡和處理器只能交流少量的數(shù)據(jù)。但PCIe規(guī)范本身其實(shí)并沒有這種限制，反而有ResizabIe BAR Capabilitv（可調(diào)節(jié)大小的BAR容量）這個(gè)功能（圖3）。Smart Access Memory實(shí)際上就是終于“想起”并用上了這個(gè)功能，只要按照PCIe規(guī)范調(diào)節(jié)BAR，就可以讓處理器獲得訪問全部顯存的權(quán)限了。

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英特爾和英偉達(dá)也隨后推出了類似功能，大部分主板直接以PCIe規(guī)范的Resizable BAR Capability技術(shù)為名（圖4），一般直接簡稱為BAR。也有部分主板比較個(gè)性，例如華擎將這一功能命名為CAM（Clever Access Mempry）（圖5）。

至于為什么現(xiàn)在處理器和GPU廠商都突然想起來了這個(gè)功能，其實(shí)很簡單，相對于目前的顯卡，PCIe4.0×16插槽擁有了“太大”的帶寬，比如我們測試支持PCIe 4.0的RTX 30系列、RX 5000/6000系列顯卡時(shí)，使用PCIe 3.0×16（或PCIe 4.0×8）還是PCIe 4.0×16插槽，表現(xiàn)并沒什么區(qū)別，說明有很大的接口帶寬根本處于閑置狀態(tài)。

另一方面，要想讓處理器順暢地訪問高速、大容量緩存，對通道帶寬的要求也非常高，在PCIe 3.0時(shí)代，大家根本不敢放開處理器訪問顯存的范圍，以免影響最緊要的通信數(shù)據(jù)，也只有如今PCIe 4.0時(shí)代的帶寬，才能讓廠商放心開啟這一功能。順便說一下，現(xiàn)在動(dòng)輒8GB甚至10多GB、20多GB的顯存，也為處理器與GPU協(xié)作留下了一定的容量基礎(chǔ)，否則被GPU自身緊急需求的數(shù)據(jù)塞滿的區(qū)區(qū)幾GB顯存，也根本沒有處理器插手的空間。也許正是出于這種考慮，英偉達(dá)第一款“出生”就為BAR進(jìn)行優(yōu)化的GPU，恰好是自身性能有限，但顯存容量很大的RTX 3060（圖6）。

至于性能方面，很遺憾的是，目前只有少數(shù)幾款游戲可以從這一功能中明顯受益，例如《戰(zhàn)爭機(jī)器5》在開啟BAR之后幀速提升就比較大（圖7），但其他3A游戲的幀速提升幅度大都很小，有些甚至還會(huì)有幀速下降的情況。

當(dāng)然，這一功能的潛力還是非常明顯的，處理器與GPU的良好協(xié)作，對未來場景越來越復(fù)雜、NPC越來越智能、物理效果越來越真實(shí)的游戲或3D應(yīng)用，都是意義非凡的。只是想要充分感受它帶來的益處，恐怕還得等待為其優(yōu)化的全新3D應(yīng)用/游戲引擎。

分辨率優(yōu)化技術(shù)

使用低分辨率或低細(xì)節(jié)的畫面，通過優(yōu)化來模擬更高分辨率、畫質(zhì)的畫面，是顯卡的一種常見的幀速“優(yōu)化”模式。不過在近期，軟硬件結(jié)合，并且有了光線追蹤畫面的更緊迫需求，才使得兩大GPU廠商的相關(guān)技術(shù)——英偉達(dá)的DLSS和AMD的FidelityFX技術(shù)更加引人矚目。

火速連接

DLSS是英偉達(dá)在RTX 20時(shí)代就提出的技術(shù)，在本刊2020年第15期《低成本“升級”提升電腦性能的小手段》一文中已經(jīng)有詳細(xì)介紹，這里就不贅述了，

其中AMD的FidelityFX技術(shù)，實(shí)際上是為RX 6000系列顯卡和以及AMD支持的新一代游戲主機(jī)推出的一整套圖形品質(zhì)優(yōu)化工具（圖8），可為游戲加入環(huán)境光遮蔽、可變陰影著色以及自定義銳化技術(shù)等，分辨率優(yōu)化技術(shù)是其中的FidelityFX Contrast AdaptiveSharpening（對比度自銳化，簡稱CAS）部分，目前仍在開發(fā)和優(yōu)化中。

從目前的情報(bào)看，F(xiàn)idelityFX CAS更偏向于游戲本身的支持和優(yōu)化，與DLSS的實(shí)現(xiàn)途徑有明顯區(qū)別。DLSS是在英偉達(dá)自家的服務(wù)器上對游戲進(jìn)行針對性的智能學(xué)習(xí)和優(yōu)化，之后通過驅(qū)動(dòng)放出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)置，這樣可以獲得最適合GPU的效果，但優(yōu)化時(shí)間較長，如果游戲引擎有變化可能需要重新學(xué)習(xí)。而AMD可以利用自家在游戲主機(jī)平臺(tái)上的絕對優(yōu)勢，要求開發(fā)商的游戲引擎直接為FidelityFX優(yōu)化，以便在主機(jī)上發(fā)揮最好效果。由于目前大量的中高端游戲都是跨平臺(tái)開發(fā)和發(fā)售的，PC平臺(tái)上的這些游戲當(dāng)然也會(huì)支持FidelityFX。這種方式雖然傳統(tǒng)，但同樣有效，而且不會(huì)出現(xiàn)游戲升級或發(fā)布后，需要推出新驅(qū)動(dòng)才能對其優(yōu)化的情況。

可變速率渲染

如果說DLSS和FidelityFX CAS的幀速優(yōu)化主要是依靠低分辨模擬高分辨率，那么通過降低細(xì)節(jié)來提升幀速的新技術(shù)應(yīng)該就是可變幀率渲染（VariabIe Rate Shading，簡稱VRS）了。

用最簡單的方法解釋VRS，它其實(shí)就是自動(dòng)判別玩家不關(guān)注的景物、角度，比如遠(yuǎn)處的樹皮，快速轉(zhuǎn)身時(shí)候“途經(jīng)”角度上的景物。然后盡量減少這些地方的細(xì)節(jié)渲染，使用更粗糙的材質(zhì)等等（圖9），這樣可以降低顯卡對每一幀畫面的處理負(fù)擔(dān)，就可以提升整體幀速了。當(dāng)然在幀速已經(jīng)足夠的情況下，也可以將這些節(jié)省下來的資源放在更重要的景物、視角里，甚至還可能增加這些地方的細(xì)節(jié)表現(xiàn)，提升畫質(zhì)體驗(yàn)。

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我們很難通過實(shí)際游戲的靜態(tài)畫面看到VRS的表現(xiàn)，因?yàn)橐坏╈o止，沒有所謂可以忽略的景物和角度了，顯卡常常會(huì)去彌補(bǔ)畫面細(xì)節(jié)，所以我們只能從3DMark的相應(yīng)測試中截取圖片來看一看效果。

3DMark的VRS測試分為兩級，一級只能針對某個(gè)圖形，比如遠(yuǎn)處的石頭與樹木與近處使用不同的渲染細(xì)節(jié)（圖10、圖11）;而二級則可以針對圖形的某個(gè)區(qū)域，比如同一所房子中，位于玩家側(cè)面的墻壁和正對的墻壁都可以表現(xiàn)出不同的細(xì)節(jié)（圖12、圖13）。

在一級VIRS測試中，我們可以比較明顯地看出遠(yuǎn)處的樹皮變得更模糊了，雖然對重要景物的影響不大，但仔細(xì)觀察會(huì)看到明顯的不同。至于二級VRS，因?yàn)閰^(qū)域設(shè)定更靈活，畫面損失也更小，靜態(tài)圖片就幾乎看不出來變化了。

VRS對幀速的影響很大，以畫質(zhì)損失較小的二級VRS為例，使用同為圖靈核心的GTX 1660和RTX 2070顯卡進(jìn)行測試，兩者開啟VRS后的幀速提升都更明顯。

這里要注意的是，VRS雖然不是RTX 30和RX6000這樣的最新一代顯卡才開始提供的技術(shù)，但對于核心還是有一定要求的。特別是畫面效果與幀速更加平衡的二級VRS，最好使用圖靈或更新核心的顯卡。

英偉達(dá)專屬 快速響應(yīng)與新G-Sync

英偉達(dá)發(fā)布RTX 3060的同時(shí)，還推出了一個(gè)有助于游戲整體速度體驗(yàn)的技術(shù)——Reflex。它除了通過英偉達(dá)自身的GPU研發(fā)能力，降低游戲畫面的生成、傳輸、顯示延遲之外，還盡量降低處理器壓力、并讓鼠標(biāo)、顯示器廠商針對操控延遲、顯示延遲進(jìn)行優(yōu)化，以加快游戲從操控輸入到畫面最終顯示的整體速度（圖14），降低延遲，提升體驗(yàn)。

火速連接

關(guān)于英偉達(dá)快速響應(yīng)技術(shù)的介紹，可參考本刊2021年第4期的《感受未來走近CES 2021》一文。

而在RTX 3060的發(fā)布會(huì)前后，英偉達(dá)還悄悄地做了另一件事，那就是將G-Sync的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)降低了（圖15）。首先是衍生出了所謂的G-Sync Compatible（G-Sync兼容）標(biāo)準(zhǔn)。從對比表中可以看出，顯示器只需要支持可變刷新率，不用經(jīng)過之前G-Sync認(rèn)證的300+種檢測，當(dāng)然也不用內(nèi)置芯片，價(jià)格也就便宜得多，這使得很多入門、主流游戲顯示器可以開始支持G-Sync技術(shù)。

其次，英偉達(dá)將原本最高規(guī)格的G-Sync Ultimate標(biāo)準(zhǔn)降低了。原先的Ultimate HDR實(shí)際就是DisplayHDR 1000標(biāo)準(zhǔn)，包括峰值亮度達(dá)到1000nits，且要有多個(gè)背光分區(qū)等要求，現(xiàn)在變成了比較模糊的Lifelike HDR，這樣HDR 600甚至400的顯示器也可以宣傳自己是G-Sync Ultimate標(biāo)準(zhǔn)了。

這兩個(gè)舉措的意義非常明顯，Reflex可以從整體上改變畫面延遲問題，讓玩家更充分感受到升級顯卡帶來的實(shí)際好處，避免其他方面的延遲掩蓋幀速提升的體驗(yàn)。而降低和擴(kuò)展G-Sync認(rèn)證，則可以讓更多玩家體驗(yàn)到無撕裂的畫面，同樣有利于顯卡展示其高幀速的優(yōu)勢。不過這兩個(gè)技術(shù)，或者說戰(zhàn)略也存在一些缺陷，例如Reflex陣營中沒有網(wǎng)絡(luò)相關(guān)廠商加入，而網(wǎng)絡(luò)延遲在游戲整體延遲中已經(jīng)是無法忽視的問題了，而且G-Sync認(rèn)證向下擴(kuò)展和降低標(biāo)準(zhǔn)會(huì)不會(huì)影響高端玩家的體驗(yàn)，也是未知之?dāng)?shù)。

AMD專屬 內(nèi)置緩存與Rage模式

AMD的新一代GPU當(dāng)然也有自己的專屬特色技術(shù)，首先就是RX 6000全系都具有的特殊配置——Infinity Cache。如果說RX 6000系列采用的架構(gòu)更像是處理器的話，那么Infinity Cache就有點(diǎn)像是處理器中常見的、所有核心共享的三級緩存（L3 Cache）。其實(shí)RDNA2架構(gòu)圖上確實(shí)和處理器一樣明確標(biāo)有一級、二級（L1、L2）緩存及Infinity Cache的位置（圖16），也說明其使用方式和三級緩存真的非常類似。

Infinity Cache的存在大幅提升了RX 6000系列的數(shù)據(jù)響應(yīng)速度（圖17），在這方面將RTX 30系列遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在了身后。不過這一配置也存在一些問題，比如占用了GPU核心的外部帶寬，也因此影響到了顯存容量配置，造成RX 6000系列的高端型號在這兩點(diǎn)上都弱于對手。

至于AMD的Rage模式，其實(shí)就是自動(dòng)超頻，或者說高頻率狀態(tài)（圖18）。在發(fā)布會(huì)的時(shí)候我們甚至可以看到，RX 6900 XT能夠與對手抗衡，實(shí)際上就使用了超過標(biāo)準(zhǔn)頻率的Rage模式（圖19）。而AMD之所以會(huì)有這種設(shè)計(jì)，應(yīng)該也與RX 6000比對手更低的TG P（Total Graphics Power，全卡功耗）有關(guān)，這使其可以適當(dāng)放松功耗管理來獲得更高性能。

在新一代的顯卡和其配套軟件中，可能還隱藏著一些尚不為人熟知的技術(shù)，也有一些是我們特別熟知，因此算不上“隱藏實(shí)力”的技術(shù)，比如光線追蹤等。它們的目的與實(shí)現(xiàn)途徑各不相同，或?qū)嵱?、或超前、或?qiáng)力、或有趣，但相同的是，它們都在努力推進(jìn)著3D技術(shù)不斷發(fā)展、完善。也許在下一代顯卡露面后，我們可以回頭更好、更全面地重新梳理這些技術(shù)及其帶來的變化。