自9月中旬正式发布以来，NVIDIARTX40系列GPU带来的性能提升一直备受关注。由于近期已经发布了相应的评测结果，相信这款被誉为“游戏玩家和创作者的终极平台”的新系列显卡在性能提升方面给不少玩家留下了深刻印象。
尽管在价格和功耗方面存在争议，但RTX4090现在已经成为当之无愧的新“纸牌之王”。在前所未有的算力和满满的尖端技术方面，实现了对竞品的全面压制：现代游戏性能相比上一代RTX3090Ti提升高达2倍，光线追踪游戏性能提高了多达4倍。
即便是次旗舰RTX4080也取得了比上一代旗舰显卡RTX3090Ti更高的性能。用英伟达创始人兼CEO黄仁勋的话来说，过去2000美元的性能现在只需900美元就能买到。
有趣的是，此次RTX40系列GPU性能和性价比飙升的核心贡献者，是英伟达近年来引以为豪的人工智能（AI）技术。
过去，人工智能更多是英伟达数据中心产品线的主角。为什么AI也开始凸显AI在以游戏为主的消费级领域的作用？在这背后，英伟达的野心已经通过游戏部署到了更广阔的潜在AI应用未来。
1.帧率更高，AI补帧成“杀招”
说到RTX40系列最抢眼的科技创新，AI工具DLSS3也不例外。
AI在游戏领域的应用并不少见。自DeepMind开发的AlphaGo战胜围棋世界冠军以来，AI先后称霸国际象棋、日本将棋、星际争霸、Dota2、王者荣耀等棋牌类和即时战略类游戏。在游戏开发领域，AI也逐渐承担起更多创造性的任务，如编写台词、配音、翻译、生成实时3D面部动画等。
对于顶级游戏大作来说，故事、系统、关卡设计和视觉效果都缺一不可。人们一直在追求更清晰的画质、更流畅的流畅度、更炫酷的特效、更多模拟场景……这些正是NVIDIA一直在大力投入研发的方向。通过引入AI，我们可以优化各种PC游戏。经验。
其中，开创性的DLSS3（DeepLearningSuperSampling）技术是拉开RTX40系列与上一代性能差距的重要“杀手锏”。
上一代的DLSS技术可以从贴图上实现清晰的画面，也就是让AI通过分析低分辨率的当前帧和前一帧的高分辨率图像，来预测当前帧更高分辨率的大概是什么，然后生成高分辨率图像以提高图像质量。
画质提升了，但帧率依然是个棘手的问题。如果不能提高帧率，就相当于用肉眼看3D屏幕的PPT切换。NVIDIA全新DLSS3技术为“补帧”而生。
DLSS3直接实现了“无中生有”。通过加入突破性的光学多帧生成技术，AI可以实时“脑”出全新的完整高质量画面，帧率翻倍。
NVIDIA测试表明，在经典现代光线追踪游戏《赛博朋克：2077》的超速模式和4K分辨率下，开启光线追踪时，如果同时开启DLSS3，帧率可以达到100FPS。
由于DLSS生成的帧作为后处理在GPU上执行，即使游戏受限于CPU性能，比如物理计算密集型或者《微软飞行模拟》等大型游戏，DLSS3也可以启用RTX40系列GPU可实现高达2倍的CPU计算性能来渲染游戏。
借助这项技术，NVIDIARTX40系列显卡可以支持大型游戏的渲染需求，让玩家在享受画质提升带来的震撼视觉效果的同时，因帧率暴涨，玩起来更流畅。.
DLSS3的“补帧”原理并不复杂，但如果拆解其中涉及的一系列技术，就不难理解为什么它是第一个做出如此开创性的研发成果了，而且还要靠英伟达.
2、摩尔定律“可持续性”还不够，AI要接手
针对摩尔定律的放缓，英伟达近年来的核心思想可以用一个词来概括：全栈。
在黄仁勋看来，摩尔定律每年半成本提供同样性能的时代已经结束。由晶体管密度的增加所驱动的计算能力成本效益的提高不再像过去那样快。工艺不断改进，但成本也上升了很多。
▲英伟达创始人兼CEO黄仁勋
以RTXGPU为例，从RTX30系列到RTX40系列，芯片制程工艺从三星的8N工艺升级到了更先进的台积电4N工艺，但据黄仁勋介绍，这次升级只带来15%的性能提升到RTX40系列，其余的性能提升来自DLSS3、TensorCore、着色器执行等研发创新，例如重新排序(SER)。
实现这些技术组合的关键杠杆是人工智能。
DLSS3包括3个组件：深度学习超分辨率（即之前的DLSS2）、深度学习帧生成（即DLSS3中新增的帧插入）和Reflex降低PC延迟。
其中，NVIDIA新一代Ada架构中内置的光流加速器是支持DLSS3实现的硬件核心之一。它可以分析两帧连续的游戏图像，并为神经网络提供像素级的帧到帧运动方向以及对象和元素的元素。速度信息，用于了解物体移动时应如何正确渲染光照和阴影。
另一个关键的架构创新是Ada架构中的TensorCore，它擅长矩阵运算，为加速AI计算提供了硬件基础。Nvidia表示，RTX40系列显卡升级的第四代TensorCore增加了HopperFP8TransformerEngine，FP8处理性能高达1.4Petaflops，是上一代显卡的5倍以上。
DLSS超分辨率技术使用AI构建更高分辨率的图像帧。在游戏中合成一对超分辨率图像帧、运动向量和光流场信息后，将所有信息输入到NVIDIA训练好的卷积神经网络AI帧生成器中。经过计算和分析，AI帧生成器可以精确重建几何和效果，高效渲染新的高质量游戏帧。
将DLSS生成的新帧与DLSS超分辨率帧结合，通过AI计算可以重构出连续两帧中多达7/8的像素，生成新的高分辨率帧，然后将其插入到法线中游戏画面。之间。与没有DLSS相比，DLSS3可以将游戏性能提升4倍。
考虑到插帧带来的额外延迟，英伟达还引入了Reflex低延迟技术，通过同步GPU和CPU来确保最佳响应能力，消除GPU渲染队列中无用的帧。
多帧生成技术虽然靠的是“脑补”，但并不是像传统渲染那样从纹理建模到光照信息等一系列暴力计算，但因为AI这个大杀手，插帧的效果已经足够真实的。
最终，影响游戏体验的三个要素：流畅度、响应速度、画质都得到了保证。
《回水》、《黑神话：悟空》、《赛博朋克2077》等超过35款游戏宣布即将支持DLSS3，可通过RTX40系列显卡上的特定硬件加速来支持，实现更流畅的填帧效果.
回到最初引入DLSS时，游戏和应用程序开发人员并没有快速集成。为了推动DLSS3的快速普及，NVIDIA还在4月份推出了Streamline开源开发插件，方便开发者以模块化的方式在游戏中添加各种新技术，显着降低了集成难度新技术。随着应用门槛的降低，越来越多的游戏开发者会选择快速拥抱新技术。
可以看出，AI技术补充了英伟达的另一个“黄金标志”——硬件加速实时光线追踪——进一步拉开了英伟达旗舰显卡与其他显卡在性能领先方面的差距。
3、AI超采样实时光线追踪，敲开渲染创新之门
2018年，NVIDIARTX系列的问世，正式开启了实时光线追踪时代。
光线追踪是一种图形渲染技术，模拟计算环境中各种光源发出的光线经过反射、折射、阴影和间接光照后，最终进入人眼的光影效果。准确的视觉保真度，但也有较高的计算开销，这在硬件配置上是非常困难的。
四年后，像赛博朋克这样的现代游戏每像素执行超过600次光线追踪计算来确定光照，需要多达16倍以上的计算，但GPU中负责此类计算的晶体管数量的增加已经跟不上以这个速度。
正是通过上述计算一些像素并借助人工智能预测大部分像素的策略，英伟达才能够在四年内不断提升其性能，以满足这种计算需求的增长。
截至目前，过去三年已经发布了超过280款光线追踪游戏。虽然新推出的主流显卡已经宣布支持光线追踪，但绝大多数游戏仍处于混合渲染模式。光线追踪仅用于表达某些场景下的光效，整体效果还有很大的提升空间。
既然游戏不是完全的光线追踪，为什么英伟达要做出如此先进的技术布局呢？
正如黄仁勋所说，Ada架构引入的实时光线追踪、AI超采样等前沿技术创新，都在为未来完全基于模拟的游戏铺平道路。
回顾历史，这其实是英伟达一贯的做事风格——如果需求不存在，那就创造需求。
当Nvidia发明着色器可编程GPU时，GPU应用市场相当平静。当英伟达创建世界上第一个3D视频游戏平台时，视频游戏市场很小；当英伟达创建世界上第一个3D视频游戏平台时当英伟达提出“加速计算”的新计算方式，并斥巨资开发通用计算GPU和统一编程软件CUDA时，很少有人相信它描绘的蓝图……
于是，历史一次次印证了黄仁勋对未来市场趋势的准确判断和洞察。从游戏显卡到AI计算平台、元界平台，英伟达多次“破圈”，通过软硬件结合的全栈创新，不断挖掘新的业务增长点，开辟了长期新天地市场空间。
同样，在优化实时光线追踪体验方面，英伟达也打算长期培育生态优势。
市场研究机构的数据显示，英伟达在独立GPU市场的出货份额高达80%，这使得其游戏GPU的优势滚雪球般进入正循环——光线追踪游戏的用户越多，反馈越多它给。越多，对这类游戏的优化就越友好，游戏优化体验越好，适用性越广，兼容性和稳定性越强，用户粘性也越高。
当游戏玩家习惯了“AI超采样实时追光”带来的更具层次感的光影变化和丝滑的高帧率体验时，回想起来将难以接受传统渲染方式做出的生硬视觉效果。.届时，实时光追技术在游戏领域的地位将从“聊胜于无”转变为“杀四方”，NVIDIA在高端游戏显卡市场的话语权也将更稳定。
正因为如此，黄仁勋对RTX40系列的信心相当高，称这意味着“一个使用AI生成像素的实时光线追踪和神经网络渲染的新时代已经到来”。
英伟达也在着力降低追光游戏的开发门槛，同时为那些流行的老游戏提供RTX化的可能。例如，它为游戏模组创建了一个人工智能工具RTXRemix，以快速对旧游戏进行光线追踪。
开发者可以使用其AI辅助工具来提高纹理、材质的分辨率，或将材质转换为具有准确物理属性的材质，同时呈现逼真的光影效果，让游戏焕然一新。
随着更多游戏可以通过RTXRemix快速“RTXized”，英伟达看好的追光游戏市场有望加速。