真正的“理論”性能怎樣看待GPU浮點運算

目前的GPU都是由很多小處理核心，或者叫流處理器組成（圖1），這個核心比處理器核心簡單得多，每個時鐘周期只負責(zé)處理一個浮點數(shù)據(jù)，所以總的浮點運算次數(shù)就是核心數(shù)量×?xí)r鐘周期了（當(dāng)前常見的GPU浮點運算單位一般是TFLOPS，即每秒浮點操作多少萬億次）。又因為現(xiàn)在的核心可以一次性處理一個雙精度浮點數(shù)據(jù)，它相當(dāng)于兩個最基礎(chǔ)的單精度浮點數(shù)據(jù)，所以再×2就得到了GPU的浮點運算次數(shù)。國產(chǎn)GPU、英偉達RTX40系列和AMD RX 7000系列的理論性能其實就是根據(jù)其透露出的配置計算出來的理論浮點計算性能。

因為現(xiàn)在的圖像是分成像素點來處理的，每個點的色彩都要進行浮點運算，然后組合成一幅圖片（圖2），所以這個參數(shù)其實就說明了顯卡或者GPU每秒能處理多少個像素點。

回過頭來看看這個參數(shù)對游戲能力有什么關(guān)系。在分辨率確定后，每一幅畫面的像素點數(shù)量也就確定了，那么每秒處理的像素點越多，實際上每秒能處理的畫面數(shù)量當(dāng)然就越多。這說明了什么呢？當(dāng)然就是游戲的幀速（每秒畫面數(shù)）越高啦。沒錯，對使用同一代特別是同一核心的顯卡，算出它的浮點運算能力，基本就了解游戲畫面的生成速度了。當(dāng)然，實際的游戲畫面生成速度還與CPU、內(nèi)存等配件性能有關(guān)，但GPU的浮點運算速度仍然是決定游戲畫面生成速度的最大因素（見表1）。最終呈現(xiàn)到我們面前的游戲畫面幀速還會再受到顯卡輸出接口、顯示器刷新率的影響，但這就不在本文的討論范圍內(nèi)了。

對于不同代甚至不同架構(gòu)的GPU，這種對比就不合適了，比如RT X3080擁有兩倍于RTX 2080 Ti的浮點運算次數(shù)，幀速能達到RTX 2080 Ti的兩倍嗎？這就牽扯出了另一個問題，也就是核心的效率，因為誰也不能保證所有的核心或者流處理器能一直滿載、有效運行，它的實際發(fā)揮還要考慮到前端的分配、后端的合成、顯存數(shù)據(jù)等單元的配合（圖3）。

RTX 30系列的“問題”更大一些，它們實際上是讓每個核心中的整數(shù)運算單元也參加浮點運算（圖4），得到的成倍“理論”運算能力。但因為干的是非“專業(yè)”工作，整數(shù)單元的浮點運算效率肯定是不如專業(yè)的浮點運算單元的，加上前端的數(shù)據(jù)分配能力、顯存帶寬沒有跟著翻倍，所以效率大幅下降。最終我們可以看到，翻倍的理論浮點性能帶來的只是不到40%的實際幀速提升（見表2）。

現(xiàn)在大家應(yīng)該知道了，RTX 40系列性能提升幅度真的只是理論上的，游戲幀速提升幅度不一定與其一致。AMD和英偉達這種相差更遠的架構(gòu)就更不能直接對比了，比如R X 6800系列就以遠低于RTX3080/3070的浮點運算能力，得到了能抗衡甚至壓制它們的性能。

類似的還有國產(chǎn)GPU，它的設(shè)計目標是利用浮點計算能力滿足各種專業(yè)、商業(yè)計算的需求，極可能根本就不支持Direct 3D等消費級3D技術(shù)，當(dāng)然也就不能直接玩大部分游戲，因此現(xiàn)在還無法用它們的理論浮點性能來討論游戲性能。