二、架構解析之全新內核體系

既然是一個全新設計的架構，我們就要好好看一看這個以計算機科學之父、人工智能之父艾倫·麥席森·圖靈(Alan Mathison Turing)命名的Turing圖靈新架構到底有哪些過人之處，不過硬件架構總是伴隨各種高深晦澀的技術名詞、技術原理，即便專業人士也得好好研究才行，所以這里我們僅從高級層面，介紹一下新架構的大致設計、技術概況，以及能帶來的實際好處。

在以往，NVIDIA為專業級計算卡、消費級游戲卡設計的都是統一架構，只是具體內部模塊布局、技術支持、核心大小不同。好處是可以統一開發，降低成本，壞處是缺乏針對性，技術資源要么浪費要么不夠。

這一次，NVIDIA選擇了分而治之。針對高性能計算、圖形渲染、人工智能、深度學習等專業應用的是Volta伏特架構，目前只有一個超大核心GV100，是迄今為止GPU歷史上最大的核心，臺積電12nm工藝制造，集成多達210億個晶體管，核心面積達815平方毫米，妥妥的怪物級核彈。

而針對游戲顯卡的就是Turing圖靈架構，也是臺積電12nm(有說法稱最初計劃使用三星10nm)，其中最大的核心TU102集成189億個晶體管，核心面積754平方毫米，是僅次于GV100的史上第二大GPU核心。

相比上代Pascal帕斯卡家族的大核心GP102，它的晶體管數量增加了55％，面積則增大了60％，甚至是次級新核心TU104都超越了GF102，擁有136億個晶體管、545平方毫米面積。

新架構核心之所以如此龐大，除了CUDA核心規模繼續增大、升級Shading著色渲染之外，更關鍵的是RT Core光線追蹤核心、Tensor Core人工智能核心的加入，這也是新架構革命性變化的根本支撐。

擁有全新著色性能的SM CUDA核心陣列、支持高達每秒100億條光線計算的RT光線追蹤核心、為實時游戲畫面導入AI人工智能加速的Tensor核心，三者就構成了圖靈架構的三大支柱，各自有不同分工又互相協作，共同實現新的游戲渲染畫面。

同時，NVIDIA強調新架構的單個CUDA核心著色渲染性能是帕斯卡架構的1.5倍，第一次可以在4K分辨率、HDR開啟的情況下，提供流暢的游戲體驗，真正開啟4K時代。

按照NVIDIA的說法，RTX 2080就能基本實現4K分辨率下60FPS的游戲幀率，RTX 2080 Ti更是能夠達到70-80FPS。當然具體還要看游戲需求，以及游戲設置，特別是某些高要求的技術特性，光線追蹤打開后別說4K了，就連1080p就比較吃力。

圖靈架構的基本組成單元之一還是CUDA核心與SM流處理器陣列，這也是2006年的G80以來NVIDIA GPU的基石。

事實上，圖靈架構的SM陣列也融合了伏特架構的不少特性，相比帕斯卡架構差別還是挺大的，比如每一組TPC里的SM陣列由一個增至兩個，同時SM內部的組成方式也截然不同。

帕斯卡架構每個SM陣列集成128個FP32浮點單元，圖靈架構則改成了2個FP64雙精度浮點單元、64個FP32單精度浮點單元、64個INT32整數單元、8個Tensor核心、一個RT核心。支持浮點和整數并發操作，并有新的執行數據路徑，類似伏特架構匯總的獨立線程調度。

按照NVIDIA的統計，每執行100個浮點指令，平均會有36個整數指令，兩種指令可以并發執行。

如此一來，帕斯卡架構的整數和浮點計算就可以分配得更加均衡，并與新的Tensor、RT核心相配合，更合理、高效地完成各種負載。

整體而言，圖靈核心的CUDA陣列可以每秒執行14萬億次FP32浮點操作、14萬億次INT32整數操作。

緩存架構也徹底變化，由兩個載入/存儲單元牽頭，一級緩存和共享緩存整合在一起，而且容量靈活可變，可以是64KB+32KB，也可以是32KB+64KB，大大降低了延遲，帶寬也翻了一番。

二級緩存容量則從3MB翻倍到6MB。

NVIDIA宣稱，新架構每個CUDA核心的著色渲染性能比上代平均提升50％，部分游戲可達70％左右，VRMark虛擬現實測試成績甚至翻了一番還多。

當然這只是基礎理論上的數字，實際性能還要看其他部分和整體指標。

圖靈架構還首發搭配新一代GDDR6顯存，目前業界最快，等效頻率高達14GHz，搭配352-bit位寬可以帶來616GB/s的驚人帶寬，相比于GTX 1080 Ti在位寬不變的情況下提升了27％，也比用了2048-bit HBM2高帶寬顯存的AMD RX Vega 64高了27％。

而且關鍵是，GDDR6的成本比HBM2低得多。

另外，NVIDIA還對新顯存進行了各種優化，信號竄擾降低了40％，更利于運行穩定和進一步超頻。