耗时10年打造，英伟达的光线追踪GPU真的是史上最强吗？

shuszhao · 发表于 2018-8-15 08:59:22

在SIGGRAPH 2018计算机图形与交互技术大会上，英伟达创始人兼CEO黄仁勋推出世界上第一款光线追踪GPU！这块GPU耗时10年打造，黄仁勋称之为”自2006年以来最重要的一块GPU“。黄仁勋表示：“图灵架构是自2006年CUDA GPU发明以来最大的飞跃，Quadro RTX系列也是全球首批支持即时光线追踪（Real Time Ray Tracing）的GPU。”
黄仁勋在回顾实时光线追踪、CPU、GPU等计算机图形发展历程后，重磅推出最新光线追踪GPU Quadro RTX家族。一系列基于图灵架构的GPU包括Quadro RTX 8000、Quadro RTX 6000、Quadro RTX 5000以及Quadro RTX Server、CUDA10也共同亮相。

什么是光线追踪（Ray-tracing）？

RTX光线追踪技术（Ray-Tracing）是英伟达在3月发布新技术，这项新技术能够完美地计算光线反射、折射、散射等路线，渲染出逼真的画面，几乎与真实世界真假莫辨，可为游戏开发者提供电影级画质的实时渲染。
更具体的来说，就是在真实世界中，我们看到的3D物体被光源照亮，且光子可以在到达观看者的眼睛以前从一个物体反弹到另一个物体。光线追踪技术则反过来，通过从观者眼睛（观景式照相机）反向追踪光线捕捉这些效果，通过追踪2D视表面上每个像素的光线的路径，并应用到场景的3D模型中。

由于这种技术的计算量非常大，因此实时光线追踪技术过去只在影视作品的CG制作中出现，一般渲染复杂的特殊效果可能需要花上几天甚至几周的时间，所以此前该项技术一直仅限于高成本的电影制作中。

不过，随着这款“史上最强GPU”诞生，光线计算开始变得越来越简单，产品设计师、游戏设计师、建筑师们能够在几分钟甚至几秒内生成逼真的产品模型。
如今支持RTX的全球领先设计创意应用厂家，包括我们熟悉的Adobe、unity、VMD等图像巨头。

史上最强GPU，耗时10年打造

黄仁勋在现场发布了世界上第一款“光线追踪”GPU——Quadro RTX GPU。Quadro是英伟达的专业级显卡，主要面向设计、特效、科学可视化等视觉计算任务。
老黄把这块GPU称作自从2006年推出CUDA以来，英伟达推出的最重要的一块GPU，它将颠覆现有图形图像渲染计算。为了打造这款GPU，英伟达花了整整10年时间来研究。
在今年5月的英伟达GTC 2017大会上，英伟达还需要一台搭载4块Tesla V100显卡的DGX-Station超级计算机才能完成光线追踪所需要的计算力，但是现在，一块单独GPU就能完成！
老黄说这块GPU外表故意设计得非常光滑，在发布会场迎着灯光反射得闪闪发光，符合“光线追踪”这个名字。
新发布的Quadro RTX包括三款产品，分别是Quadro RTX 8000、Quadro RTX 6000、Quadro RTX 5000，具有16T单精度浮点性能，每秒10G GigaRays/sec（GigaRays/sec，用来描述光线追踪性能），每秒500T OPs深度学习，支持NVLink，每秒100GB，支持每秒500万亿张量的操作。
核心面积增至754平方毫米，最大显存48GB GDDR6，集成186亿晶体管，显存频率14GHz，可实现硬件加速的AI、光线追踪和仿真。

为了展示最新GPU就能渲染电影CG最终效果，在现场，他还展示了几帧用Quadro RTX渲染《复仇者联盟3》里蜘蛛侠跳起吐丝的画面。
Quadro RTX系列新品的特性包括：
• RT Core可实现对象和环境的实时光线追踪，并做到物理上精确的阴影、反射和折射以及全局光照；
• Tensor Core可加速深度神经网络训练和推理；
• 图灵流式多处理器（Turing Streaming Multiprocessor）架构拥有4608个CUDA core，可提供高达16 teraflops的计算性能，并行运算每秒16万亿次整数运算，以加速模拟真实世界的物理模拟；
• 先进的可编程着色技术可提高复杂视效和图形密集型工作体验；
• 首次采用超快速的三星16Gb GDDR6内存，支持更复杂的设计、海量建筑数据集、8K电影内容等；
• NVIDIA NVLink可通过高速链路联通两个GPU，将内存容量扩展至96 GB，并可通过高达100GB / s的数据传输提供更高性能；
• 提供对USB Type-C和VirtualLink的硬件支持；
• 增强型技术可提高VR应用性能，包括可变速率着色（Variable Rate Shading）、多视角渲染（Multi-View Rendering）和VRWorks Audio。
据了解，三款新GPU预计今年第四季度发售，开发人员可以通过新的NVIDIA RTX（TM）访问Quadro RTX，并提供一系列创意应用程序和工具，包括用于光线跟踪，AI，光栅化和模拟的API。价格方面，Quadro RTX 8000配备48GB内存，售价10000美元；Quadro RTX 6000配24GB内存，售价6300美元；Quadro RTX 5000配16GB内，2300美元ESP。

图灵（Turing）架构

光线追踪GPU使用的核心架构即是英伟达此次推出的全新架构——图灵（Turing）。
早前6月23日，英伟达在官方推特庆祝计算机之父艾伦·图灵（Alan Turing）的诞辰，当时吃瓜群众就纷纷猜测NV此举在暗示下一代显卡的架构将以“图灵”命名。如今，这一猜测落地成真。
黄仁勋将图灵架构描述为英伟达十多年来在计算机图形领域最重要的创新。这是一个很明确的标准，图灵架构是英伟达的第八代GPU架构，使全球首款光线追踪GPU成为可能，也是超过一万个工程师的努力成果。图灵架构承载了RT核心（RT Core）以及全新张量核心（Tensor Core）。
RT核心专门用于实时光线追踪的处理器，能对光线和声音在3D环境中的传播进行加速计算，据称它的实时光线追踪能力提升到了Pascal架构的25倍。张量核心是为深度学习训练和推断加速的处理器，支持每秒500万亿次张量运算。这些新功能包括DLAA（深度学习抗锯齿），以及去噪、分辨率缩放和视频调速。这些特性是NVIDIA NGX 软件开发套件的一部分，这种全新深度学习技术堆栈可助力开发者通过预先训练的网络，轻松地在应用中集成加速且增强的图形、照片成像和视频处理。
英伟达承若图灵架构GPU模拟物理世界的能力将比Pascal架构提升6倍。