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技嘉RTX 4090 GAMING OC魔鷹顯示卡評測
- 由 什麼值得買 發表于 棋牌
- 2022-11-11
顯示卡是不是隨便配
作者：PCEVA評測室
Ada Lovelace架構
RTX 40系列顯示卡核心架構全稱“Ada Lovelace”（以下簡稱Ada），採用三星4nm工藝製程製造。得益於先進的工藝製程，AD102完整核心塞進了763億個電晶體，是上代GA102的2。7倍。核心面積反而從628平方毫米降低至608平方毫米，電晶體密度同樣是上代的2。7倍。
AD102在電晶體數量達到上代核心2。7倍的前提下，功耗表現依然維持了相同水準，標準功耗為450W，與RTX 3090 Ti相同。能耗比可達到GA102的2倍。
完整的AD102核心擁有12組GPC計算單元，每組GPC單元包含6組TPC計算單元，共計72組。每組TPC計算單元中又包含了2組SM流處理器單元，共計144組。每組SM流處理器單元中配備128個CUDA核心，共計18432個CUDA核心，是上代GA102的1。7倍。除了CUDA核心，AD102同時還配備了144個第三代RT Cores光追核心、576個第四代Tensor Cores張量核心，同樣是上代的1。7倍。視訊記憶體還是384-bit的24GB GDDR6X視訊記憶體，等效頻寬21Gbps，視訊記憶體頻寬可達1TB/s，和RTX 3090 Ti相同。
RTX 4090採用的不是完整AD102核心，而是遮蔽了1組GPC計算單元+4組SM流處理器單元（2組TPC計算單元）。RTX 4090最終的規格是128組SM流處理器單元，共計16384個CUDA核心，128個光追核心、512個張量核心，大約是上代RTX 3090 Ti的1。5倍規格。
Ada架構裡每個GPC計算單元裡包含1個專用光柵引擎、2個ROPs光柵分割槽，每個光柵分割槽又包含了8個ROPs光柵單元，另外還有6組TPC計算單元，每組TPC計算單元包含了1個多邊形引擎和2個SM單元。
Ada架構的SM單元結構和上代基本沒什麼區別，每個SM單元有128KB L1一級快取/共享快取、4個紋理單元、1個第三代RT Core光追單元以及4個分割槽模組，每個模組又包含32個CUDA單元、1個第四代Tensor Core張量核心、4個存載單元、1個SFU特殊單元以及L0指令快取、排程器+發射單元和64KB的暫存器檔案。CUDA核心的設計和上代相同，每個模組裡有一半（16個）是FP32浮點單元，負載單精度浮點運算；另外一半則是FP32/INT32浮點和整數動態切換運算。另外Ada架構每個SM單元包含2個FP64雙精度浮點單元，但在消費級的架構示意圖中並未標示，完整核心擁有總計288個雙精度浮點單元。
第三代RT Cores光追核心
在Ada架構中，英偉達的光追核心已經升級到第三代。在原本的BVH包圍盒碰撞（Box Intersection Engine）和三角形相交（Triangle Intersection Engine）的基礎上增加了不透明微遮蓋（Opacity Micromap Engine）以及微網格位移（Displaced Micro-Mesh Engine）兩個全新引擎。
英偉達新增的兩個引擎目的是相同的，都是為了降低BVH的使用工作量和建立時間。不透明微遮蓋（OMM）引擎可以評估一個物體的光線相交穿透程度，並將其分類為不透明、透明、以及未知的不透明程度，並將其生成不透明微網格返回給著色器，以減少著色器的工作量。以圖中的樹葉為例，樹葉的中心部分是不透明的，樹葉的邊緣則是有不透明程度，而外圍則是完全透明。第二代的RT Core需要進行一遍完整的三角形遍歷操作，而第三代只需要按照透明度進行部分BVH相交，大幅度提高了光線追蹤的工作效率。
微網格位移（DMM）簡單說就是以1個基礎的三角形透過位移、旋轉、縮小、放大等一系列操作生成更多複雜的幾何圖形，降低BVH的工作量和建立時間。
根據英偉達公佈的資料，透過微網格位移（DMM）建立一個11：1的3D飾品盒，需要15。3萬個微網格、1100萬個微三角形，BVH速度可以加快8。5倍，使用的視訊記憶體容量可以降低6。5倍；建立一個28：1的銅鼎，需要17。5萬分微網格、5700萬個微三角形，BVH速度可以加快15倍，使用的視訊記憶體降低20倍；建立一個14：1的珍珠蟹，需要1。7萬個微網格、160萬個微三角形，BVH速度可以提高7。6倍，使用的視訊記憶體降低8。1倍。
第四代Tensor Core張量核心
第四代Tensor Core張量核心最主要的更新在於加入了FP8運算精度，這是由Hopper架構H100核心下放的AI訓練格式。和FP16相比，FP8運算時需要的儲存空間減半，AI效能翻倍。RTX 4090將提供超過1。3 petaFLOPs的AI運算效能。
著色器執行重排序（Shader Execution Reordering）
在Ada架構中，英偉達還引入了著色器執行重排序（SER）技術。這項技術類似於CPU的亂序執行技術，但實現難度要大得多，因為GPU中的計算單元實在太多，對於排程和重排序帶來極大的難度。所以英偉達的著色器執行重排序（SER）技術並非按照計算單元的負載去排程，而是按照任務負載來進行排程。
舉例，當進行光追任務時。第一次的光線相交是非常規律的，所有的光線都是直線碰撞。而第二次的反射相交則比較複雜。著色器執行重排序（SER）技術會將負載進行分類，例如光線的首次相交、反射、陰影、間接照明、半透明效果、路徑跟蹤等等，以提高整體的光線著色效率。按照英偉達的說法，著色器執行重排序（SER）技術最高可為光追帶來2倍的效能提升。
以《賽博朋克2077》為例，在光線反射較為複雜的場景，結合著色器執行重排序（SER）技術，效能提升最高可達44%。在《Portal RTX》和《Racer RTX》這兩個演示Demo中，效能提升也有29%和20%。
DLSS 3的革新式升級
DLSS 2。0是走超解析度路線提高幀數的技術，簡單說就是渲染低解析度的畫面幀，然後透過AI演算法填充畫素構建高解析度的畫面幀。
DLSS 3主要依託硬體端的第四代Tensor Core張量核心、OFA光流加速器、英偉達超級計算機以及軟體端的AI超解析度、AI幀生成、英偉達Refelx技術，兩相結合對原本的DLSS 2。0技術進行迭代升級。英偉達表示DLSS 3可帶來最高4倍的效能提升以及2倍的響應速度。
DLSS 3和DLSS 2。0是完全不同的技術路線，它透過四個資料輸入端來重建全新的下一幀，實現類似“插幀”的效果來提高遊戲幀數表現。以DLSS 2。0生成的當前幀和上一幀作為基礎運算依據，再加上由OFA光流加速器計算捕捉的光流網格資料以及遊戲引擎提供的運動向量資料共同輸入到卷積神經網路進行分析，並生成一幀全新的下一幀，實現終極的遊戲幀數提升。
英偉達一直以來都希望透過“幀生成”來提升遊戲的幀數表現，因為不管從任何角度來看，“幀生成”對於遊戲效能和幀數的表現是最為直觀且巨大的。但“幀生成”的難點在於光影、反射、運動模糊等畫面元素極容易渲染不準確、自然，產生比較割裂的僵硬畫面感。而OFA光流加速器可以捕捉畫素級的畫面資訊，例如粒子、反射、陰影、光照等等，並生成對應的光流網格，再透過前後幀的比對以及遊戲引擎的向量運動資料，就能精準的處理光影和運動效果產生的關聯。
DLSS 3結合DLSS 2。0的超解析度渲染技術以及全新的幀生成技術，僅需渲染1/8的畫面就可以額外生成7/8的畫面，大幅度降低GPU的工作負載，讓消耗資源巨大的光追成為更接地氣的畫面效果。
截止到發稿前，目前已有超過35款遊戲宣佈將在未來支援DLSS 3技術，帶來最高4倍的幀數提升。
如果想要體驗DLSS 3帶來的幀數提升，就需要RTX 40系列顯示卡，RTX 20/30系列顯示卡僅支援DLSS 2。0技術。
第八代NVENC編碼器
英偉達在RTX 40系列顯示卡中更新了第八代NVENC影片編碼器，首次支援了H。265 AV1影片格式，配有12GB或更大視訊記憶體的型號還採用了雙編碼器的豪華配置，可支援8K60的影片軌編碼，匯出高解析度影片需要的時間僅為上代RTX 3090 Ti的40%。
RTX 40的全新編碼器不單是硬體端的更新，英偉達還與主流的影片編碼器、影片編輯軟體、影片流媒體平臺及播放器進行了深度合作和升級，包括Windows、Chrome、剪映、OBS、達芬奇等平臺均支援RTX 40的NVENC AV1編碼器。
英偉達表示AV1編碼格式相較目前的H。264格式編碼格式效率提升了40%，相同體積下，編碼位元速率更高。
同時還增強了在直播中某些效果的表現，例如虛擬背景、虛擬頭像以及眼神接觸效果。
規格與外觀細節
英偉達RTX 40系列首發型號有三款，分別是RTX 4090、RTX 4080 16GB、RTX 4080 10GB，用以取代RTX 3090 Ti/RTX 3090、RTX 3080 Ti以及RTX 3080，建議零售價分別是12999元、9499元、7199元。更低定位的RTX 40系列顯示卡預計短時間內不會推出，而是形成高階RTX 40顯示卡打衝鋒，中低端市場RTX 30系列顯示卡繼續求穩銷售的市場佈局。
基本規格 預設頻率/Boost頻率： 2235MHz/2535MHz
顯示核心：AD102
CUDA核心：16384個
視訊記憶體位寬：384-bit
視訊記憶體容量：24GB GDDR6X
視訊記憶體頻寬：1008GB/s
顯示卡介面：PCIe 4。0 x 16
影片輸出介面：DisplayPort 1。4 x 3 / HDMI 2。1 x 1
整體功耗（TGP）：450W
推薦電源功耗：1000W
外接供電：12VHPWR
厚度：3槽
顯示卡尺寸：340mm x 150。2mm x 75。2mm
淨重：2016g
技嘉RTX 4090 GAMING OC 24G是技嘉的主流級產品，也被稱做魔鷹系列，基礎頻率2235MHz，最大加速頻率2535MHz，，主打風之力三風扇散熱，支援智慧停轉技術和抗擾流反轉技術，採用10根熱管+均熱板直觸散熱結構，風扇還支援RGB Fusion功能。
RTX 4090 GAMING OC魔鷹的外觀設計和上代RTX 3090 Ti相比要更立體一些，多了很多線條元素和開槽設計，更顯個性化。外觀上以黑色為主調，右上角的亮灰色是RGB燈光區域。
除了右上角的銘牌RGB燈光，三個風扇也有RGB幻彩效果，可以在“技嘉控制中心”軟體中調整燈光效果，也可以與其他主機板或RGB裝置實現燈光同步效果。
背部金屬背板設計，左側是鏤空的出氣散熱格柵，可以增強顯示卡風扇的出風量。
頂部有一個小開關，用於切換顯示卡OC/Silent的調校模式。
影片輸出介面配備3個DP 1。4和1個HDMI 2。1。
顯示卡外接供電和RTX 3090 Ti相同，還是12VHPWR介面。
附件裡也附送了一根12VHPWR介面的轉接線，注意這根轉接線需要4 x 8Pin顯示卡供電線。另外還有一組定製顯示卡支架，提供更好的顯示卡支撐性。
測試平臺與識別資訊
處理器：intel Core i9 12900K
主機板：ASUS ROG MAXIMUS Z690 HERO
記憶體：Kingston FURY Renegade DDR5 6400MT/s
顯示卡：Gigabyte RTX 4090 GAMING OC 24G/RTX 3090 Ti GAMING OC 24G
硬碟：KingSton KC310 960G/PLEXOR PX-2TM10PG
散熱器：NZXT Z73 RGB
電源：NZXT GOLD C1000
技嘉這張RTX 4090魔鷹顯示卡是非公版顯示卡，基礎核心頻率比公版高5MHz，最大加速頻率比公版高15MHz。
效能測試結果和分析
先來看基準效能測試，RTX 4090基本是吊打RTX 3090 Ti，成績領先了50%-70%，且解析度越大，RTX 4090的領先幅度就越高。
光柵化遊戲測試6款大型單機遊戲，解析度都是3840 x 2160的4K解析度，如果支援光追的遊戲手動關閉，並開啟最高畫質設定。遊戲測試的幀數提升幅度不如基準測試提升幅度大，但也相差不遠。RTX 4090比RTX 3090 Ti提升了大概50%-60%的遊戲效能，中間值在52%，這個提升幅度與RTX 4090的CUDA核心規格提升幅度基本保持一致。
光追遊戲測試採用最高畫質設定和最高光追設定，手動關閉DLSS技術。不得不說RTX 4090的第四代RT Core效能確實強悍，《古墓麗影：暗影》開啟光追後的幀數提升幅度比純跑光柵的提升幅度還大，達到了72%。《地鐵：離去增強版》的幀數提升幅度也很猛，達到了75%。其他幾款光追大作遊戲，RTX 4090的幀數成績提升幅度也有41%-69%。除了《賽博朋克2077》這款開了光追後，顯示卡壓力號稱地獄級的遊戲，其他遊戲都已經能夠流暢執行。
功耗表現上，RTX 4090比RTX 3090 Ti低了 %，來到了408瓦，加上處理器200W左右的功耗壓力以及其他外部裝置的功耗需求，850W的電源算是一個最低標準，最好能配備1000W的電源會比較充裕。
DLSS 3
《賽博朋克2077》的Beta測試版本目前已經支援DLSS 3技術，可以看到DLSS選項中多了一個DLSS Frame Generation（當然，遊戲廠商也有可能改/翻譯其他名字），將其開啟就是DLSS 3，如果關閉就是DLSS 2。0。所以，我們在文章架構部分提到DLSS 3並非取代DLSS 2。0，而是增強/補充的關係。
目前支援DLSS 3的遊戲均為Beta測試版，其他支援DLSS 3的遊戲最快本月釋出。
《超級人類》（SUPER PEOPLE）：搶先體驗版將於10月12日13：00釋出，支援DLSS 3 《生死輪迴》（Loopmancer）將於10月12日釋出更新版，支援DLSS 3 《逆水寒》“拂雲庭“（Justice ‘Fuyun Court’）： 全新圖形展示將於10月13日釋出，支援DLSS 3 《微軟模擬飛行》（Microsoft Flight Simulator）：將於10月17日為Xbox Insider計劃成員推出測試版，支援DLSS 3 《瘟疫傳說：安魂曲》（A Plague Tale： Requiem）：將於10月18日釋出，支援DLSS 3
為了便於理解。我們先從DLSS 3的畫質表現來進行對比。雖然DLSS 3採用了和DLSS 2截然不同的技術路線，但本質上還是以AI深度學習作為技術基礎，進行幀生成來提升遊戲的幀數表現，所以DLSS 3的畫質表現跟DLSS 2區別基本不大。在質量模式、平衡模式、效能模式下，用肉眼基本分不出原生畫質和DLSS的畫質區別。
這張是150%的放大倍率下的幾種模式對比，150%倍率下只能勉強對比出DLSS模式下的暗部要比原畫質稍微淡一點，紋理細節和光影效果都比較清晰。DLSS下的幾種模式則對比不出區別。
幀數表現上，DLSS 3比DLSS 2提高太多，DLSS 3質量模式的幀數已經超越DLSS2的效能模式，比之原生畫質更是翻倍的幀數提升。這意味著玩家可以以極低的畫質損失，換來翻倍的幀數提升。如果是在DLSS 3效能模式下，幀數提升更是高達4倍以上，基本符合英偉達對DLSS 3的宣傳。
目前， DLSS 3已經得到了許多全球領先遊戲開發者的支援， 超過35款遊戲和應用宣佈即將支援該技術，包括：
《瘟疫傳說：安魂曲》（A Plague Tale： Requiem）
《原子之心》（Atomic Heart）
《黑神話： 悟空》（Black Myth： Wukong）
《光明記憶： 無限》（Bright Memory： Infinite）
《切爾諾貝利人》（Chernobylite）
《戰意》（Conqueror‘s Blade）
《賽博朋克2077》 （Cyberpunk 2077）
《達喀爾拉力賽》（Dakar Desert Rally）
《火星孤征》（Deliver Us Mars）
《毀滅全人類2： 重新探測》（Destroy All Humans！ 2 - Reprobed）
《消逝的光芒2： 人與仁之戰》（Dying Light 2： Stay Human）
F1 22 《暗影火炬城》（F。I。S。T。： Forged In Shadow Torch）
寒霜引擎
《殺手3》（HITMAN 3）
《霍格沃茨：遺產》（Hogwarts Legacy）
《翼星求生》（ICARUS）
《侏羅紀世界：進化2》（Jurassic World Evolution 2）
《逆水寒》（Justice）
《生死輪迴》（Loopmancer）
《星際海盜》（Marauders）
《蜘蛛俠： 重製版》（Marvel’s Spider-Man Remastered）
《微軟模擬飛行》（Microsoft Flight Simulator）
《午夜獵魂》（Midnight Ghost Hunt）
《騎馬與砍殺2： 霸主》（Mount & Blade II： Bannerlord）
《永劫無間》（Naraka： Bladepoint）
NVIDIA Omniverse
NVIDIA Racer RTX
《破滅》（PERISH）
《傳送門》RTX版（Portal with RTX）
Ripout
《潛行者2：切爾諾貝利之心》（S。T。A。L。K。E。R。 2：Heart of Chernobyl）
《煉獄神罰》（Scathe）
《超級人類》（SUPER PEOPLE）
《仙劍奇俠傳七》（Sword and Fairy 7）
《重生邊緣》SYNCED
《指環王： 咕嚕》（The Lord of the Rings： Gollum）
《巫師3：狂獵》（The Witcher 3： Wild Hunt）
《王權與自由》（THRONE AND LIBERTY）
《幻塔》（Tower of Fantasy）
Unity 虛幻引擎 4 & 5
《戰錘40K： 暗潮》（Warhammer 40，000： Darktide）
生產力效能表現
V-Ray是一個光照類的3D渲染引擎，支援路徑跟蹤、光子對映等等，可以使用CUDA加速或者RT Core進行渲染。其官方基準測試，會渲染5個場景，並統計分數。
在V-Ray的Benchmark測試中，不管是使用CUDA核心還是RT Cores核心，RTX 4090的得分都比RTX 3090 Ti高出90%左右，接近翻倍的成績。
Blender是最常用的3D渲染引擎之一，可以渲染動畫、影象、結構圖等等，測試使用Blender的Benchmark，對三種場景進行渲染。
Blender的測試結果跟V-Ray差不多，RTX 4090比RTX 3090 Ti快70%-100%左右，也是接近翻倍的效能提升。
除了Benchmark，我們還實際渲染了兩張圖片，一張是體積比較大的無人機追逐場景，一張是小一些的機器人場景，對比渲染所需時間。
在Blender實際的圖片渲染中，RTX 4090在無人機場景，渲染時間比RTX 3090 Ti降低了42秒，節省了46%的等待時間。在機器人場景，成績也類似，不過這張圖片比較小，單看節省的時間差距並不大，但比例也是降低了40%。
Octane是Otoy釋出的無偏差GPU渲染引擎，對物體的光照、煙霧、陰影等等都有非常好的渲染效果。
在Octanebench中，RTX 4090的測試成績是1237分，成績大概是RTX 3090 Ti的1。7倍。
RTX 40系列顯示卡採用了全新的第八代NVENC編碼器，我們也在達芬奇中測試了轉碼效能。使用的素材是一段2分鐘的4K30和8K30的影片，平均位元速率分別為800Mbps和3100Mbps，壓縮到4K 30 80Mbps位元速率和8K 30 80Mbps位元速率。
達芬奇轉碼測試中，RTX 4090壓縮4K 30影片的時間比RTX 3090 Ti低56%，壓縮8K 30影片的時間比RTX 3090 Ti低38%。AV1的測試因為RTX 3090 Ti不支援AV1格式的編碼，所以只有RTX 4090進行測試。測試結果和H。265的成績基本差不多，但能獲得更好的影片質量以及更小的影片大小。
滿載溫度、功耗與散熱器解析
壓力測試使用Furmark Burn-in test進行測試，解析度1920 x 1080，技嘉RTX 4090 GAMING OC核心溫度66。1度，熱點溫度74。5度，平均功耗446W左右，最高功耗468W。這時候顯示卡風扇轉速2000RPM左右，聽不到明顯風扇噪音。作為一張主流級顯示卡，RTX 4090 GAMING OC在散熱效能和溫度表現上都相當不錯。
在Furmark壓力測試時，用熱成像儀掃描顯示卡的正反面以及頂部，可以看到最高溫度都不超過60度，即使是頂部裸露出來的熱管和供電元件也能保持較低的溫度水平。12VHPWR供電線溫度在47度，其實實際溫度會更低一些，主要是因為顯示卡吹出來的熱風會提高供電線材的表面溫度，達到47度左右，更上方的線材只有不到40度左右。
在進行Furmark Burn-in test測試時，使用分貝儀在距離裸機平臺10釐米左右的地方進行噪音測試，讀數大約在42-44分貝，基本沒有什麼明顯噪音。
技嘉RTX 4090魔鷹顯示卡採用10根熱管+均熱板的散熱結構，對於MOSFET、電容、電感、視訊記憶體等元件都能有效覆蓋。
熱管採用迴流焊工藝與散熱鰭片連線。
散熱鰭片大量使用了折Fin、扣Fin等設計，折Fin與元件的散熱底座採用焊接工藝連線，對供電元件及視訊記憶體起到輔助散熱的作用。
RTX 4090的核心照，核心代號GA102-300-A1。
核心周圍分佈12顆美光D8BZC的GDDR6X視訊記憶體，視訊記憶體速率21Gbps，位寬32-bit，單顆2GB容量，12顆組成24GB 384-bit的視訊記憶體規格。
供電採用20+4相設計，MOSFET型號為威世VISHAY SiC653A，每相最大可承載50A的持續電流。
總結
總的來說，採用全新Ada架構、TSMC 4N製程工藝打造的RTX 4090在規格上大約是上代RTX 3090 Ti的1。5倍，其光柵遊戲的效能表現真實反映了這一點，相較上代RTX 3090 Ti提高了大約52%的效能。但RTX 4090並不止這麼簡單，RTX 4090的RT Core光追核心和Tensor Cores張量核心分別升級到第三代和第四代，光追遊戲的幀數表現有了很大提升，達到了70%左右的幀數提升比例，真正實現了不開DLSS也能流暢執行4K遊戲+極限光追的遊戲體驗。DLSS 3大機率不是為了RTX 4090準備的，如果開啟DLSS 3，當前的光追遊戲已經不足以對RTX 4090構成任何壓力，但對於定位更低一些的RTX 40系列顯示卡，DLSS 3依然有革命性的意義。透過“幀生成”的技術路線，DLSS 3最高可以實現4倍的幀數提升，這一技術讓光追遊戲有了落地、接地氣的可能，不再是高階顯示卡的專利。
生產力方向，RTX 4090顯示卡在3D渲染和動畫渲染效能上同樣有翻倍的提升，能大幅度節省創作者的渲染時間。同時，對於應用更廣泛的影片剪輯，RTX 40顯示卡也更新了第八代NVENC編碼器，並透過硬體和軟體平臺的聯動，實現更廣泛的應用落地以及效能提升，對未來的8K影片和AV1編碼也有了支援。
技嘉RTX 4090 GAMING OC魔鷹顯示卡的散熱設計和供電用料依然十分紮實，顯示卡燒機溫度只有66度，熱點溫度只有74度，透過熱成像儀掃描顯示卡的各個部分沒有發現明顯的高溫熱點出現，說明了散熱器能夠將熱量均勻的發散出去，完成了它的使命，表現相當出色。