Turing 6倍Nvidia新一代GPU架构Turing比Pascal快6倍！Quadro两代GPU架构大比较

【温哥华SIGGRAPH直击】
Nvidia发表了新一代的GPU架构Turing，也推出了采用此架构的光线追踪GPU产品Quadro RTX。Nvidia首席执行官黄仁勋还现场展示了今年3月同样的一段《星际大战》光线追踪特效示范短片Reflections，来呈现即时光线追踪的光影渲染效果？先来看看这个短片得光影渲染效果，利用即时光线追踪计算产生的阴影和反射、折射效果格外真实。3月当时利用了配备4个人工智能专用的Volta GPU以及价值7万美元的人工智能工作站DGX Station来计算，但现在只需用单张新推出的光线追踪GPU卡Quadro RTX 8000就能做到。

若以同样专攻影像特效处理的GPU产品线Quadro来看，Nvidia首席执行官黄仁勋指出，全新Turing架构的效能，是前一代Quadro Pascal架构的6倍之多。

新一代Turing架构是全新的设计，除了GPU原有的SM（Streaming Multiprocessor）模组外，还包括了AI计算用的Tensor Core，以及光线追踪用的RT Core，等于集结了Nvidia过去两大类GPU的特性，再增加一个新的特殊核心。

但是，Turning架构内建的SM模组也采取了新设计，除了浮点运算能力，还增加了可以平行执行的整数执行器，可以同时提供16 TFLOPS（Tera Floating-point Operations Per Second），再加上同样效能的16 TIPS（Tera Integer Operations Per Second）运算效能。

除此之外，Turing架构增加了一个全新的处理核心：专门处理光线追踪的RT Core，用于计算光线在三角形间交互作用和不同边界间户，最高每秒可处理10 Giga道光线。
另外Turing架构也内建了出现在另一个人工智能系列产品线使用的Volta GPU架构上的AI计算专用核心Tensor Core，不过，核心数比Volta产品线内建的640 Tensor Core核心数略低，Turing架构目前最多只内建了576个（RTX 6000和RTX 8000两款），最高可以提供到125 TFLOPS的半精度浮点运算，或是500 TOPS INT4计算（每秒可以处理500兆次整数计算）。

相较于Quadro前一代采用的16奈米制程Pascal架构GPU，Turing架构GPU芯片则采用了更先进的12奈米制程，芯片面积从更大达到754平方毫米，内有186亿个晶体管，前Pascal架构GPU只有118亿个晶体管。在一般运算能力上，Turing架构GPU可提供到16 TFLOPS计算力，也远高于Pascal架构GPU的13 TFLOPS计算能力。内存支援也有很大的差异，Pascal架构的Quadro产品，可支援到24GB的GDDR5内存（时脉10GHz），但Turing架构GPU可支援到更高速的GDDR6内存（时脉14Ghz），单卡容量更是高达48GB。透过NVLink串连双GPU卡，内存还可以再倍增，例如串接两张RTX 8000最大可提供96GB的全域照明计算（Global Illumination） 。

同样用星际大战短片的光影渲染来比较，同样效果，黄仁勋指出，采用Pascal架构的GPU需要308毫秒，但Turing架构GPU搭配即将推出的Deep Learning Anti-Aliasing (DLAA)技术，只需要45毫秒，等于Turing架构的光影渲染速度可以达到Pascal架构的6倍。

为了支援RTX GPU，Nvidia在软件层上提供了多项新工具和API，包括了光栅化（Rasterization）计算API、光线追踪API、CUDA运算API、Tensor Core用的AI API等，另外OptiX、DXR、Vulkan也可以支援新的Turing架构光线追踪加速功能，Nvidia还正式将材质定义语言MDL开源释出，另外RTX也支援Pixar的开发语言USD（Universal Scene Description）。开发者只要呼叫API，就可以利用RTX GPU的光线追踪核心来计算。