顯存訪問革命

在AMD推出RX 6000系列顯卡的時候，同時宣布了一個“新技術”——Smart Access Memory，簡稱SAM。它其實就是一種讓處理器可以訪問全部顯存，即擁有全部權(quán)限（Full Access）的技術（圖1）。

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在十幾年前，當顯卡接口轉(zhuǎn)向PCIe插槽時，顯卡與處理器的通信能力就是PCIe總線的重要“賣點”。當然，處理器和顯卡的通信并不是直接訪問處理器或者GPU，那樣會擾亂數(shù)據(jù)處理的，GPU通過PCIe通道訪問的主要是內(nèi)存數(shù)據(jù)，而處理器訪問的當然就是顯存里的數(shù)據(jù)了。只不過由于當初設計的問題，處理器訪問顯存的范圍被定在了256MB，也就是最初幾代PCIe高端顯卡（圖2）的顯存容量。

不過之后隨著顯卡顯存容量的提升，這個能力似乎被遺忘了，于是處理器訪問顯存時需要的BAR（基礎地址寄存器）就沒有升級過，訪問權(quán)限一直保持在256MB，顯卡和處理器只能交流少量的數(shù)據(jù)。但PCIe規(guī)范本身其實并沒有這種限制，反而有ResizabIe BAR Capabilitv（可調(diào)節(jié)大小的BAR容量）這個功能（圖3）。Smart Access Memory實際上就是終于“想起”并用上了這個功能，只要按照PCIe規(guī)范調(diào)節(jié)BAR，就可以讓處理器獲得訪問全部顯存的權(quán)限了。

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英特爾和英偉達也隨后推出了類似功能，大部分主板直接以PCIe規(guī)范的Resizable BAR Capability技術為名（圖4），一般直接簡稱為BAR。也有部分主板比較個性，例如華擎將這一功能命名為CAM（Clever Access Mempry）（圖5）。

至于為什么現(xiàn)在處理器和GPU廠商都突然想起來了這個功能，其實很簡單，相對于目前的顯卡，PCIe4.0×16插槽擁有了“太大”的帶寬，比如我們測試支持PCIe 4.0的RTX 30系列、RX 5000/6000系列顯卡時，使用PCIe 3.0×16（或PCIe 4.0×8）還是PCIe 4.0×16插槽，表現(xiàn)并沒什么區(qū)別，說明有很大的接口帶寬根本處于閑置狀態(tài)。

另一方面，要想讓處理器順暢地訪問高速、大容量緩存，對通道帶寬的要求也非常高，在PCIe 3.0時代，大家根本不敢放開處理器訪問顯存的范圍，以免影響最緊要的通信數(shù)據(jù)，也只有如今PCIe 4.0時代的帶寬，才能讓廠商放心開啟這一功能。順便說一下，現(xiàn)在動輒8GB甚至10多GB、20多GB的顯存，也為處理器與GPU協(xié)作留下了一定的容量基礎，否則被GPU自身緊急需求的數(shù)據(jù)塞滿的區(qū)區(qū)幾GB顯存，也根本沒有處理器插手的空間。也許正是出于這種考慮，英偉達第一款“出生”就為BAR進行優(yōu)化的GPU，恰好是自身性能有限，但顯存容量很大的RTX 3060（圖6）。

至于性能方面，很遺憾的是，目前只有少數(shù)幾款游戲可以從這一功能中明顯受益，例如《戰(zhàn)爭機器5》在開啟BAR之后幀速提升就比較大（圖7），但其他3A游戲的幀速提升幅度大都很小，有些甚至還會有幀速下降的情況。

當然，這一功能的潛力還是非常明顯的，處理器與GPU的良好協(xié)作，對未來場景越來越復雜、NPC越來越智能、物理效果越來越真實的游戲或3D應用，都是意義非凡的。只是想要充分感受它帶來的益處，恐怕還得等待為其優(yōu)化的全新3D應用/游戲引擎。

分辨率優(yōu)化技術

使用低分辨率或低細節(jié)的畫面，通過優(yōu)化來模擬更高分辨率、畫質(zhì)的畫面，是顯卡的一種常見的幀速“優(yōu)化”模式。不過在近期，軟硬件結(jié)合，并且有了光線追蹤畫面的更緊迫需求，才使得兩大GPU廠商的相關技術——英偉達的DLSS和AMD的FidelityFX技術更加引人矚目。

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DLSS是英偉達在RTX 20時代就提出的技術，在本刊2020年第15期《低成本“升級”提升電腦性能的小手段》一文中已經(jīng)有詳細介紹，這里就不贅述了，

其中AMD的FidelityFX技術，實際上是為RX 6000系列顯卡和以及AMD支持的新一代游戲主機推出的一整套圖形品質(zhì)優(yōu)化工具（圖8），可為游戲加入環(huán)境光遮蔽、可變陰影著色以及自定義銳化技術等，分辨率優(yōu)化技術是其中的FidelityFX Contrast AdaptiveSharpening（對比度自銳化，簡稱CAS）部分，目前仍在開發(fā)和優(yōu)化中。

從目前的情報看，F(xiàn)idelityFX CAS更偏向于游戲本身的支持和優(yōu)化，與DLSS的實現(xiàn)途徑有明顯區(qū)別。DLSS是在英偉達自家的服務器上對游戲進行針對性的智能學習和優(yōu)化，之后通過驅(qū)動放出相應的優(yōu)化設置，這樣可以獲得最適合GPU的效果，但優(yōu)化時間較長，如果游戲引擎有變化可能需要重新學習。而AMD可以利用自家在游戲主機平臺上的絕對優(yōu)勢，要求開發(fā)商的游戲引擎直接為FidelityFX優(yōu)化，以便在主機上發(fā)揮最好效果。由于目前大量的中高端游戲都是跨平臺開發(fā)和發(fā)售的，PC平臺上的這些游戲當然也會支持FidelityFX。這種方式雖然傳統(tǒng)，但同樣有效，而且不會出現(xiàn)游戲升級或發(fā)布后，需要推出新驅(qū)動才能對其優(yōu)化的情況。

可變速率渲染

如果說DLSS和FidelityFX CAS的幀速優(yōu)化主要是依靠低分辨模擬高分辨率，那么通過降低細節(jié)來提升幀速的新技術應該就是可變幀率渲染（VariabIe Rate Shading，簡稱VRS）了。

用最簡單的方法解釋VRS，它其實就是自動判別玩家不關注的景物、角度，比如遠處的樹皮，快速轉(zhuǎn)身時候“途經(jīng)”角度上的景物。然后盡量減少這些地方的細節(jié)渲染，使用更粗糙的材質(zhì)等等（圖9），這樣可以降低顯卡對每一幀畫面的處理負擔，就可以提升整體幀速了。當然在幀速已經(jīng)足夠的情況下，也可以將這些節(jié)省下來的資源放在更重要的景物、視角里，甚至還可能增加這些地方的細節(jié)表現(xiàn)，提升畫質(zhì)體驗。

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我們很難通過實際游戲的靜態(tài)畫面看到VRS的表現(xiàn)，因為一旦靜止，沒有所謂可以忽略的景物和角度了，顯卡常常會去彌補畫面細節(jié)，所以我們只能從3DMark的相應測試中截取圖片來看一看效果。

3DMark的VRS測試分為兩級，一級只能針對某個圖形，比如遠處的石頭與樹木與近處使用不同的渲染細節(jié)（圖10、圖11）;而二級則可以針對圖形的某個區(qū)域，比如同一所房子中，位于玩家側(cè)面的墻壁和正對的墻壁都可以表現(xiàn)出不同的細節(jié)（圖12、圖13）。

在一級VIRS測試中，我們可以比較明顯地看出遠處的樹皮變得更模糊了，雖然對重要景物的影響不大，但仔細觀察會看到明顯的不同。至于二級VRS，因為區(qū)域設定更靈活，畫面損失也更小，靜態(tài)圖片就幾乎看不出來變化了。

VRS對幀速的影響很大，以畫質(zhì)損失較小的二級VRS為例，使用同為圖靈核心的GTX 1660和RTX 2070顯卡進行測試，兩者開啟VRS后的幀速提升都更明顯。

這里要注意的是，VRS雖然不是RTX 30和RX6000這樣的最新一代顯卡才開始提供的技術，但對于核心還是有一定要求的。特別是畫面效果與幀速更加平衡的二級VRS，最好使用圖靈或更新核心的顯卡。

英偉達專屬 快速響應與新G-Sync

英偉達發(fā)布RTX 3060的同時，還推出了一個有助于游戲整體速度體驗的技術——Reflex。它除了通過英偉達自身的GPU研發(fā)能力，降低游戲畫面的生成、傳輸、顯示延遲之外，還盡量降低處理器壓力、并讓鼠標、顯示器廠商針對操控延遲、顯示延遲進行優(yōu)化，以加快游戲從操控輸入到畫面最終顯示的整體速度（圖14），降低延遲，提升體驗。

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關于英偉達快速響應技術的介紹，可參考本刊2021年第4期的《感受未來走近CES 2021》一文。

而在RTX 3060的發(fā)布會前后，英偉達還悄悄地做了另一件事，那就是將G-Sync的認證標準降低了（圖15）。首先是衍生出了所謂的G-Sync Compatible（G-Sync兼容）標準。從對比表中可以看出，顯示器只需要支持可變刷新率，不用經(jīng)過之前G-Sync認證的300+種檢測，當然也不用內(nèi)置芯片，價格也就便宜得多，這使得很多入門、主流游戲顯示器可以開始支持G-Sync技術。

其次，英偉達將原本最高規(guī)格的G-Sync Ultimate標準降低了。原先的Ultimate HDR實際就是DisplayHDR 1000標準，包括峰值亮度達到1000nits，且要有多個背光分區(qū)等要求，現(xiàn)在變成了比較模糊的Lifelike HDR，這樣HDR 600甚至400的顯示器也可以宣傳自己是G-Sync Ultimate標準了。

這兩個舉措的意義非常明顯，Reflex可以從整體上改變畫面延遲問題，讓玩家更充分感受到升級顯卡帶來的實際好處，避免其他方面的延遲掩蓋幀速提升的體驗。而降低和擴展G-Sync認證，則可以讓更多玩家體驗到無撕裂的畫面，同樣有利于顯卡展示其高幀速的優(yōu)勢。不過這兩個技術，或者說戰(zhàn)略也存在一些缺陷，例如Reflex陣營中沒有網(wǎng)絡相關廠商加入，而網(wǎng)絡延遲在游戲整體延遲中已經(jīng)是無法忽視的問題了，而且G-Sync認證向下擴展和降低標準會不會影響高端玩家的體驗，也是未知之數(shù)。

AMD專屬 內(nèi)置緩存與Rage模式

AMD的新一代GPU當然也有自己的專屬特色技術，首先就是RX 6000全系都具有的特殊配置——Infinity Cache。如果說RX 6000系列采用的架構(gòu)更像是處理器的話，那么Infinity Cache就有點像是處理器中常見的、所有核心共享的三級緩存（L3 Cache）。其實RDNA2架構(gòu)圖上確實和處理器一樣明確標有一級、二級（L1、L2）緩存及Infinity Cache的位置（圖16），也說明其使用方式和三級緩存真的非常類似。

Infinity Cache的存在大幅提升了RX 6000系列的數(shù)據(jù)響應速度（圖17），在這方面將RTX 30系列遠遠甩在了身后。不過這一配置也存在一些問題，比如占用了GPU核心的外部帶寬，也因此影響到了顯存容量配置，造成RX 6000系列的高端型號在這兩點上都弱于對手。

至于AMD的Rage模式，其實就是自動超頻，或者說高頻率狀態(tài)（圖18）。在發(fā)布會的時候我們甚至可以看到，RX 6900 XT能夠與對手抗衡，實際上就使用了超過標準頻率的Rage模式（圖19）。而AMD之所以會有這種設計，應該也與RX 6000比對手更低的TG P（Total Graphics Power，全卡功耗）有關，這使其可以適當放松功耗管理來獲得更高性能。

在新一代的顯卡和其配套軟件中，可能還隱藏著一些尚不為人熟知的技術，也有一些是我們特別熟知，因此算不上“隱藏實力”的技術，比如光線追蹤等。它們的目的與實現(xiàn)途徑各不相同，或?qū)嵱?、或超前、或強力、或有趣，但相同的是，它們都在努力推進著3D技術不斷發(fā)展、完善。也許在下一代顯卡露面后，我們可以回頭更好、更全面地重新梳理這些技術及其帶來的變化。