光追游戏性能比2080Ti平均提升30% RTX 3080显卡游民首测 _ 游民星空 GamerSky.com
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本月初，NVIDIA正式发布了第二代RTX显卡30系列，此前随着发布时间的临近，新产品的诸多强大属性有意无意地被层层披露，吊足了玩家的胃口。在9月2日零时的发布视频中，NVIDIA CEO老黄现身说法，亲口证实其效能甚至比传言中更强大，而价格却并没有水涨船高。第二天"老黄杀疯了"的新闻充斥着各媒体头条，预示着实时光追计算在游戏应用中必将迎来新的里程碑。
先把时间拨回两年前，2018年9月的这几天，基于Turing架构的NVIDIA GeForce 20系显卡问世，第一次将光线追踪这一制图领域的终极奥义应用在实时渲染的游戏领域，为游戏画面无限接近真实打开了一扇大门，沿着这条路往下走，以假乱真的游戏梦想离我们不再遥远。
但是实时光追需要消耗大量的算力，即便Turing架构中增设了专为光追硬件加速的RT core，早期几款游戏的光追特效还是让RTX 20系显卡铩羽而归。开启特效后巨大的性能下降在头一年让这项体验变成只有花重金购入旗舰者才能享受的VIP待遇。
基于Ampere架构的GeForce RTX 3080显卡
价格的高企，功能的鸡肋，加上GTX 10系巨大成功之下的反差，无不在冲击着RTX 20系的口碑，这是先行者的代价。后期随着游戏厂商的优化，加上DLSS2.0的鼎力相助，画面与性能的均衡渐入佳境，但RTX 20显卡总体而言依然只是解决了光追有无的问题，真正将其发扬光大的还需后浪——GeForce RTX 30系显卡。
现在终于到了见证历史的时刻，RTX 3080显卡的性能测试于今晚正式解禁，在本文中我们将为读者阐述下列内容：
GeForce RTX 30系列首发的三款显卡规格与定位
Ampere芯片架构相比Turing有哪些改进
GeForce RTX 30系给予玩家利益攸关的新技术应用
公版RTX 3080显卡赏析
公版 RTX 3080显卡基准测试、游戏测试与历代显卡的对比
文章内容导航
- 第1页：翘首以盼的30系显卡性能测试终于解禁
- 第2页：系列首发的三款显卡规格与定位
- 第3页：芯片架构有哪些改进（一）
- 第4页：芯片架构有哪些改进（二）
- 第5页：光追核心升级，效能提升
- 第6页：第三代Tensor核心与DDR6X显存
- 第7页：公版RTX 3080显卡美图赏析
- 第8页：测试平台如何选，AMD还是Intel？
- 第9页：公版RTX 3080散热与功耗测试
- 第10页：基准性能测试
- 第11页：《刺客信条：奥德赛》游戏实测
- 第12页：《刺客信条：起源》游戏实测
- 第13页：《无主之地3》游戏实测
- 第14页：《死亡搁浅》游戏实测
- 第15页：《孤岛惊魂5》游戏实测
- 第16页：《战争机器5》游戏实测
- 第17页：《地平线：零之曙光》游戏实测
- 第18页：《荒野大镖客：救赎2》游戏实测
- 第19页：《生化危机3重制版》游戏实测
- 第20页：《全境封锁2》游戏实测
- 第21页：光追游戏《战地5》实测
- 第22页：光追游戏《光明记忆》实测
- 第23页：光追游戏《控制》实测
- 第24页：光追游戏《使命召唤16：现代战争》实测
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- 第26页：光追游戏《地铁：离去》实测
- 第27页：光追游戏《古墓丽影：暗影》实测
- 第28页：光追游戏《德军总部：新血脉》实测
- 第29页：RTX 3080显卡无光追经典游戏测试成绩汇总
- 第30页：RTX 3080显卡光追游戏测试成绩汇总
- 第31页：三维解答：RTX 3080究竟提升了多少？
系列首发的三款显卡规格与定位
在9月2日的发布视频中，老黄公布了RTX 30系列的三款产品，定位由高至低分别是RTX 3090、RTX 3080、RTX 3070。这一代GPU芯片—显卡型号布局相比上一代有了不小的改动，不能直接由显卡后缀型号数字来对位。
RTX 20系的芯片-显卡布局沿袭了GTX 10系和9系的方式，旗舰巨核102只用于旗舰游戏显卡80Ti和TITAN，而次级原生芯片104则用于准旗舰的80和高端的70。RTX 20系刚发售时为了跟2080拉开差距甚至将2070下放到中端芯片TU106上，一度引起玩家诟病，后来者2070S才回升到它应有的位置。
30系的芯片布局着实出乎意料，按以往的习惯，在性能、规格有巨大提升的基础上NVIDIA倾向于将型号往更低的芯片上延伸，而结果是NVIDIA似乎要补偿20系缺失的口碑，反倒是将型号往更高端的芯片上抬了一档。于是我们看到了搭载旗舰巨核GA102的RTX 3080，比上一代的RTX 2080S都要高了一个档次。这种芯片布局曾经出现在GTX 5/7系显卡上，这两个奇数代产品恰好被认为是NVIDIA历史上的甜蜜典范，再加上20系的映衬，难怪30系的规格一出便令玩家直呼厚道。
奉上网友喜闻乐见的显卡参数对比表格：
于是GeForce RTX 30系显卡与20系应该对位如下
RTX 3090——TITAN RTX
RTX 3080——RTX 2080Ti
RTX 3070——RTX 2080
严谨一点说，RTX 3090的定位还是略逊于TITAN的，它的GA102不是满血版本，而是削减了2个SM，离满血已经空前接近了。真正84个SM的满血GA102应该还是为这一代的TITAN预留的。
关于工艺制程：
这一代Ampere核心的工艺制程，之前很长一段时间破朔迷离，7nm和8nm的说法都有，临近发布日期时得到官方证实，用作超算的GA100是TSMC的7nm没错，而用作游戏的GA102及以下则是由三星代工的8nm，未来会不会改为7nm尚未得知。
GA102原生芯片透视图
三星的8nm工艺是基于10nm工艺改良的，至少有LPP和LPU两个版本，前者适合移动SoC，后者适合高性能芯片，NVIDIA的定制大概是基于后者。
根据是NVIDIA公布的信息，TSMC 7nm工艺制造的GA100核心是540亿晶体管，核心面积826mm²，堪称史上第一巨核。而三星8nm工艺制造的GA102核心是280亿晶体管，核心628 mm²，也算巨核了。
如此计算7nm A100核心的晶体管密度6560万晶体管每mm²，而三星8nm的GA102核心也有4460万晶体管每mm²—差距不小，但两种核心的应用方向有差别，也不可直接类比。
不论技术还是商业策略上，三星8nm都会比TSMC 7nm便宜很多，估计代工价格能差30%或更高，可能这是RTX 30系列显卡能够不涨价的主要原因。
从12nm到8nm，工艺提升对频率的帮助还是很明显的，GA102的Boost频率参考值相比TU102从1.5GHz左右提升到1.7GHz，实际加速频率超过2GHz应该不难。
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- 第4页：芯片架构有哪些改进（二）
- 第5页：光追核心升级，效能提升
- 第6页：第三代Tensor核心与DDR6X显存
- 第7页：公版RTX 3080显卡美图赏析
- 第8页：测试平台如何选，AMD还是Intel？
- 第9页：公版RTX 3080散热与功耗测试
- 第10页：基准性能测试
- 第11页：《刺客信条：奥德赛》游戏实测
- 第12页：《刺客信条：起源》游戏实测
- 第13页：《无主之地3》游戏实测
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- 第21页：光追游戏《战地5》实测
- 第22页：光追游戏《光明记忆》实测
- 第23页：光追游戏《控制》实测
- 第24页：光追游戏《使命召唤16：现代战争》实测
- 第25页：光追游戏《堡垒之夜》实测
- 第26页：光追游戏《地铁：离去》实测
- 第27页：光追游戏《古墓丽影：暗影》实测
- 第28页：光追游戏《德军总部：新血脉》实测
- 第29页：RTX 3080显卡无光追经典游戏测试成绩汇总
- 第30页：RTX 3080显卡光追游戏测试成绩汇总
- 第31页：三维解答：RTX 3080究竟提升了多少？
Ampere芯片架构相比Turing有哪些改进
众所周知，NVIDIA不光是一个图形芯片供应商，在超算和AI计算领域也颇有建树，占据相当大的份额，世界排名前10的超级计算机中NVIDIA的芯片是常客。
NVIDIA的超算芯片架构与图形计算芯片是一脉相承的，只是在规模和单元组成上有少于差别。从GT核心开始，每一代面向游戏的图形芯片都由相应的超算芯片衍生而来，上一代Volta的GV100架构衍生出Turing的TU102，而这次游戏芯片则直接与超算源架构同名——Ampere，由GA100衍生出GA102。
GA100核心计算核
完整的GA100拥有8个GPC，共128个SM簇，8192个FP32单元，4096个FP64单元，拥有128个第三代Tensor核心，没有RT核心。我们原以为GA102会像往常那样在此基础上取消FP64功能，那么用于游戏渲染的俗称流处理器数量便应该小于等于8192个。
Tesla A100计算卡，GA100采用HBM2显存
AMD FURY的前车之鉴已经证明无论是从成本还是产能的角度衡量，在游戏芯片上使用堆栈式显存封装都是一个不靠谱的选项。NVIDIA从一开始就没有趟这个浑水，而是坚持使用传统的GDDR显存，只将HBM2显存应用在体积和散热空间限制严格的计算卡上，与游戏卡的板型岔开不同的路线。
完整的GA102核心
然而当我们第一次获悉GA102架构细节时跌掉了眼镜，NVIDIA对GA102的SM的架构改动是巨大的，与GA100呈现明显的区别（在一下页会讲）。完整的GA102内建7个GPC，每个GPC的SM为12个，共84个SM簇。每个SM簇拥有128个流处理器，总数竟高达10752个，比GA100用于游戏计算的流处理器（FP32单元）多得多。RTX 3090的GA102-300和RTX 3080的GA102-200即在此基础上削减了一部分单元得来。
RTX 3080显卡PCB裸板，尺寸和外形都推翻传统设计，颇具创意
RTX 3080显卡的GA102-200核心架构
由于功能单元削减将近20%，NVIDIA的官方白皮书中重新绘制了RTX 3080的GA102-200核心架构示意图。它共有6个GPC，其中两个GPC各削减两组SM簇，一共68个。共包含8704个流处理器，272个纹理单元，272个Tensor核心，68个RT单元，96个ROPs。相比完整的GA102关闭了两个内存控制器，总位宽为32bit×10=320bit。这是256bit以上的位宽时隔7年重新出现在准旗舰显卡上。
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Ampere芯片架构相比Turing有哪些改进
无论是相比上一代的Turing还是同源的Ampere GA100，这次面向游戏领域的GA102架构的最大改进还是在SM簇内部，事实上NVIDIA历次迭代技术升级大都如此。
我们知道游戏画面渲染的绝大多数工作都需要单精度浮点单元（FP32）参与完成，SM数量以及每个SM中的包含的FP32数量基本决定了一个显卡的性能档位，故将其称作游戏显卡的"流处理器"。
已知RTX 3080的GA102-200有68个SM，这个数字跟RTX 2080Ti一样，在SM架构没有大改的前提下，前者强也强不到哪儿去，那么NVIDIA如何能夸下海口说GA102是有史以来性能提升幅度最大的一代？关键正在于对SM微架构的改进。
GA102核心的SM簇微架构
Turing的SM簇微架构
相比GA100，GA102的SM簇并不是是削去游戏用不上的FP64单元再加上RT单元就完事了，而是通过改进寄存器调用机制，将原来负责整数计算的每组16个INT32单元变为FP32/INT32混合功能单元，在一个时钟周期内，它可以在INT32和PF32两种操作中二择一。
这样的单元每个SM簇有4组，如此一来，加上原专用于FP32计算的每组16个单元，意味着每个SM在一个时钟周期总共可以执行128个FP32操作。鉴于游戏图像渲染主要由单精度浮点计算完成，则相当于每个SM内建了128个流处理器，相比上一代算力翻倍。
单精度浮点单元数量大幅提升需要更大的缓存配合，GA102的L1缓存容量为128KB，相比Turing容量增加三分之一，速度翻倍。
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光追核心升级，效能提升
关于光追，我们已经多次撰文介绍，它其实是一个"基础而古老"的技术原理，藉由可见光运动轨迹的算法模拟人眼通过感知可见光所得到的一切视觉信息，制作出尽可能贴近现实逻辑的图像。
10年前NVIDIA就展示过光追渲染的DEMO程序，并预测了它的未来应用
上代的TuringGPU架构最大的亮点就是引入了RTX实时光追技术，开启了3D游戏的光追时代，意义重大。
但是先行者的代价也不小，而且TuringGPU的光追效果在实际游戏中并不明显，对性能的影响颇大，第一代RTX光追只能说解决了有无问题，现在的AmpereGPU才是RTX光追更好用。
在TuringGPU上，NVIDIA使用的第一代RT Core可以提供10Giga Rays/s的性能，而在AmpereGPU上，RT Core升级到了第二代，号称性能翻倍，仅此一点就可以大幅提升光追性能了。
不过这还不够，在AmpereGPU上，参与光追应用加速的不只是SM单元、RT单元了，第三代Tensor Core单元也更多的参与其中，而Ampere架构中SM、RT、Tensor单元的性能都是大幅提升的，以RTX 3080为例，SM单元性能11T提升到了30T，RT性能从上代34T提升到了58T，Tensor性能从89暴涨到238T。
这带来的一个结果就是光追性能大幅提升，不支持硬件加速的Pascal GPU渲染一帧要51ms，Turing可以提升到19ms，加上DLSS等可以缩短到13ms，已经大大低于60fps所需的16.6ms帧时间了。
在AmpereGPU上，时间还可以更快，单纯硬件加速就可以从13ms缩短到7.5ms，加上第二代技术的加成就只有6.7ms了。
在RT光追性能上，暂不说没有硬件加速的Pascal显卡，对比RTX 2080到RTX 3080的变化，软件渲染的性能提升了40%，硬件加速的提升70%，硬件加速+DLSS也提升了70%，再加上其他技术的辅助，理论最高可以提升90%的光追性能，当然实际表现还得看下面的游戏测试。
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第三代Tensor核心令DLSS效能更上一层楼
Tensor Core是伏特GPU引入的一种新核心，现在也是SM单元的三大子核心之一，不过在数据中心GPU上，AI加速功能非常重要，所以A100大核心的Tensor Core占据了相当大的面积，功能及性能都改进不少。
GA102核心继承了GA100的第三代Tensor核心，每组SM单元也是4个Tensor Core，看上去相比Turing数量减半，但实则性能暴增。
Tensor在做深度学习、AI计算时大量实施FP16半精度计算，事实上将其称为半精度计算单元也不为过。NVIDIA通过寄存机制改进将其原有的半精度计算操作分别拆成密集计算和发散计算，分别应对不同层级的AI计算，使与游戏应用关联最大的DLSS效能得到进一步优化，在DLSS2.0本已不俗的表现上锦上添花，使8K分辨率流畅运行游戏变为可能。
不过8K还比较遥远，显卡跟上了还得显示器跟上，现在能玩好4K就很知足了，这属于未雨绸缪的性能储备。
带宽堪比HBM2的GDDR6X显存
除了GPU本体之外，显存技术这一代也升级了，上代的Turing GPU首发了GDDR6显存，这一次NVIDIA又迅速商业化了GDDR6X显存，其中RTX 3090不仅频率飙上了19.5Gbps，还达到了24GB超大容量。
GDDR6X基于目前的GDDR6升级而来，基本架构和技术保持不变，重点加入了PAM4信令机制，在处理器和内存之间，使用四档电压，每个周期内编码可传输两个比特位，这样每周期单沿数据传输率便可达物理频率的8倍，比DDR6翻了一番。
对于PAM4机制，大家可以理解为闪存从SLC到MLC的升级，使每周期传输的数据量得以翻倍，由此实现了超高速率的等效频率，起步就可以做到21Gbps。考虑到设计、工艺等各方面成熟度的问题，NVIDIA前期应用的频率还是略保守的，RTX 3080是公版标准是19Gbps。
使用GDDR6X显存之后，在等效带宽提升50%的情况下，能效也提升了，每bit功耗降低了15%。
如今GDD6X就可以实现HBM2显存的1TB/s带宽，但又不需要后者那么复杂的工艺和成本，在消费级显卡上真的可以不需要考虑HBM2了。
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测试平台如何选，AMD还是Intel？
关于GA102核心的架构、属性介绍已告一段落，下面进入正片：大家翘首以盼的RTX 3080游戏帧率实测。
本次测试属于Ampere显卡的芯片级首测，在游戏选择与画面设定上自然得细致入微。除了惯例的3DMARK各项跑分之外，游戏测试我们选择了10款无光追特效的3A游戏大作，和8款主要的光追游戏大作。其中《堡垒之夜》的光追版本将在9月17解禁，我们使用的是内测版本，性能表现仅供参考。
测试平台软硬件配置如下：
游戏测试分为1080P、2K、4K分辨率，其中由于选中测试的光追游戏基本同时支持DLSS功能，为了将RTX 3080的光追和DLSS效能与上一代显卡对比，在每个分辨率下我们还分别选择【光追开启/DLSS开启】、【光追开启/DLSS关闭】、【光追关闭/DLSS关闭】三种设定进行测试。以上测试工作量巨大，编辑呕心沥血，只为给网友献上第一手详实数据。
关于测试平台的选择，Intel还是AMD：
注意，GeForce RTX 30系显卡支持PCIe4.0传输标准，目前CPU到主板完整支持这一标准的只有AMD平台，而Intel平台桌面级现有的10系CPU尚不支持PCIe4.0，比较尴尬。尽管个别高端Z490主板通过第三方设计让插槽符合PCIe4.0传输标准，但连接显卡的PCIe通道集成在CPU里，要真正让显卡实现PCIe4.0传输还需等待Intel下一代CPU。
考虑到PCIe3.0 16x通道基本能够满足RTX 3080的带宽吞吐，加上Intel与AMD高端CPU之间存在的游戏性能差距，以及两者之间的市占率，本次测试决定选择i9 10900K处理器搭配Z490主板。
关于AMD平台的PCIe4.0究竟能造成多大影响，留待后续选题探讨。
本次测试选择的主板为微星MEG系列的准旗舰：Z490 ACE，定位于UNIFY平级，仅次于GODLIKE。为了尽可能消除CPU瓶颈，充分体现显卡性能，本次测试时将该主板的一项傻瓜高性能开关"Enhanced Turbo"打开，迫使10900K在重负载下全核睿频不低于TB2.0标准下的5.1GHz。关于Ring频率，默认的4.3GHz有可能造成数据吞吐瓶颈，故手动调节到4.8GHz。
根据NVIDIA对RTX 3080性能提升的描述，现有CPU的即时算力面临着前所未有的压力，为了尽可能准确地体现参测显卡的性能对比，本次测试通过手动设置将CPU平台的性能优化到最佳。
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公版RTX 3080散热与功耗测试
在性能测试开始之前，我们先进行散热与功耗测试，观察公版RTX 3080显卡的工况表现。
GPU-Z截图
GPU显示，测试使用的这片公版RTX 3080显卡的基础频率和Boost频率参考值分别为1440MHz/1710MHz，显存物理频率为1188MHz，等效速率19008Mbps，与官方披露的公版标准参数一致。
GPU-Z显示待机空载状态GPU核心温度为32℃
保持Windows桌面空载状态，显卡频率运行在节能模式下。公版RTX 3080显卡正反两枚风扇运行占空比为30%，GPU-Z v2.34侦测不到风扇转速，目测风扇有在运行。此时GPU核心温度为32℃。对于风扇不停转的显卡而言，这个空载温度属于应有的表现。
Furmark满载测试GPU温度68℃
运行Furmark测试使显卡满载持续1个小时，GPU温度表现证明了这一代公版散热设计的效能十分出众，同时风扇占空比在60%左右，GPU-Z显示转速2000rpm上下，噪音控制在较舒适的范围内。
Furmark满载时测得整机输入功率为448.5W
本次测试使用的电源为80plus金牌1200W，按照90%转换率推算实际输出功率为400W左右。
本次测试使用的处理器为10核20线程的i9 10900K，TDP 125W，单烤Furmark只能其中一个核心满载，估算Furmark测试时其功耗为50W左右，以经验判推断除显卡外的平台功耗应该在80W上下。
400-80刚好=320，NVIDIA公布的RTX 3080公版TDP为320W还是相当准确的。此外GPU-Z显示Board Power Draw（整板功耗）为314W，印证了上述推论。
由此可见，如果使用RTX 3080搭配i7或i9处理器攒机，建议至少要配备足额功率600W的电源，在CPU不超频的前提下550W是下限了。
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基准性能测试
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3DMark Fire Strike Ultra
3DMark Time Spy
3DMark Time Spy Extreme
3DMark Port Royal
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RTX 3080显卡无光追经典游戏测试成绩汇总
1080P和2K分辨率，RTX 3080显卡几乎都能维持在100fps以上，4K则确保所有游戏能有不低于60fps的表现。10G的显存可能会产生一定制约，毕竟相比上一代2080Ti容量没有提升，大分辨率下这个硬指标还是挺重要的。
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RTX 3080显卡光追游戏测试成绩汇总
作为最新的RTX 30系列的旗舰级游戏显卡，RTX 3080在游戏中的表现无疑是令人满意的，也与NVIDIA前期的官方宣传和大家的期许相符。
18款主流热门游戏测试的结果用实际数据表明了，即便是面对4K分辨率最高游戏画质设定的3A级游戏大作，亦或者是最酷炫的光追游戏效果，RTX 3080显卡都显得游刃有余，玩家所能获得的流畅体验是前所未有的。同时我们也观察到，RTX 3080显卡除了《堡垒之夜》的测试版光追场景之外，其余7款正式版光追游戏在同时开启光追特效与DLSS时，相比关闭光追时的帧率差距已经空前缩小，说明Ampere架构的RT单元与Tensor单元的效能确有显著提升。
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三维解答：RTX 3080究竟提升了多少？
关于RTX 3080相比上一代显卡的提升幅度，芯片对比和型号对比是不同的概念，况且还有价格因素会影响实际的性价比。下面我们将从芯片、型号、价格三个维度来衡量RTX 3080的价值，无论你是哪种诉求，看完之后便会对这款新品有清晰的认知。
首先将RTX 3080显卡除了《堡垒之夜》和《光明记忆》之外6款光追游戏的测试结果相对RTX 20系三款显卡的提升百分比汇总制表。（《堡垒之夜》的结果来自测试版光追场景，帧率尚不稳定；《光明记忆》有帧率封顶）
从GPU芯片角度衡量，严格地讲RTX 3080在20系中没有直接对位的型号，与之最接近的是RTX 2080Ti，两者的原生芯片同级（102），RTX 3080芯片定位比2080Ti略低一点点，还是可以拿来比的。以6款光追游戏开启光追特效时的测试结果衡量，所有分辨率下性能综合提升31%。由于芯片性能的对比最能直接反应图形技术的发展变化，从科学认知的角度出发，本文标题传达了此项信息。
从型号角度衡量，RTX 3080对位的是RTX 2080，前者原生芯片是GA102-200，后者是TU104-400，同样都不是满血芯片，RTX 3080比2080的GPU高了一个级别，加上微架构本身的进步，性能自然大幅超越。4K下大多数提升幅度在80~90%，最高甚至超过了100%。难怪NVIDIA的宣传口径一直是“比上代性能提升一倍”。
从价格角度衡量，RTX 3080的官方报价是5500元，非公版不同品牌不同型号或有波动，总体跟RTX 2080S原售价位于同一档。RTX 2080S虽为满血的TU104-450芯片，仍比RTX 3080低一档。以上7款光追游戏测试中RTX 3080比2080S综合提升近60%。
纵观全局，提升幅度从大到小排序为4K、2K、1080P，不同分辨率之间提升百分比差别明显，说明性能瓶颈开始往CPU/平台倾斜。
如果说RTX 20系显卡是光线追踪游戏的探路石，那么RTX 30这一代俨然是成熟的光追游戏显卡了，前者解决了有无问题，后者将能用变得好用。凭借RTX 3080的出色表现可以大胆预测：后续的中端、主流型号也能在光追特效中提供足够的性能，与此同时游戏厂商们将放心大胆的在越来越多的新老游戏中添加这项殿堂级图像渲染技术，映入玩家眼帘的景色必然更加绚丽多姿。
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