台积电|全面升级带来性能暴涨 Ampere 架构新特性看这里
[PConline杂谈]随着RTX3080显卡的性能解禁 ， 关于NVIDIAAmpere架构和RTX30系列显卡的相关信息也可以更多地披露出来 ， 今天我们就根据我们实测和官方提供的信息 ， 跟大家一起剖析一下新架构显卡性能暴涨的秘密 。
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NVIDIAAmpere架构上全新SM单元设计、升级的TensorCore与RTCore、8nm工艺和GDDR6X显存 ， 一同为RTX30系列显卡带来了惊人的性能提升幅度 ， 而PCIe4.0、HDMI2.1、RTXIO、Reflex等面向未来的新特性则为NVIDIA下阶段的发展打下良好的基础 。
SM单元再优化 ， CUDA核心翻倍带动性能暴涨
RTX3090的性能是TITANRTX的1.5倍 ， RTX3080的性能达到RTX2080的2倍 ， RTX3070的性能略高于RTX2080Ti ， 是RTX2070的1.6倍 。
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【台积电|全面升级带来性能暴涨 Ampere 架构新特性看这里】一直以来CUDA核心数的计算方式是一个SM模块下的FP32运算单元个数 ， 根据原始的定义方法 ， 需要有一组完整的INT（整数运算单元）+FP（浮点运算）组合才算是一个处理器单元 ， 不过在目前的应用场景下 ， 绝大多数运算（比如游戏计算）主要考察的是FP32单元的性能 。
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Turing架构(左)和Ampere架构(右)SM单元示意图
所以老黄从Fermi架构开始 ， 就直接用FP32单元=CUDA核心这样的计算方式 ， 并且沿用至今 。以Turing示例 ， 每SM单元有包含64个CUDA核心 ， 看上图数FP32的格子就能数出64个FP32（4x16）单元 。而到了这代NVIDIAAmpere架构后 ， 虽然整体不布局结构与Turing差不多 ， 中间的一组数据路径依然是全FP32单元设计 ， 但左边的独立INT32单元数据路径则变成"FP32+INT32"单元 。
每一组独立的FP32单元包含16组FP32CUDA核心 ， 每个时钟周期可以执行16条FP32指令 ， 而另一条数据路径包含16个FP32和16个INT32核心 ， 每个时钟周期最大仍可以执行16条FP32指令 ， 在该设计下 ， 每个SM单元里的分区可以选择在每个时钟周期内执行32条FP32指令 ， 或者是16条FP32+16条INT32指令 。
这意味着在全新的Ampere架构中 ， 一个SM单元最多可以在每个时钟周期内执行128条FP32指令 ， 达到了Turing架构的两倍 ， 同时也可以在每个时钟周期内执行64条FP32+64条INT32指令 ， 很好地兼顾性能和通用性 。
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RTX3080核心示意图 ， 拥有68组SM单元
而按照FP32单元=CUDA核心数的计算方式 ， RTX3080配备的68组SM单元一共拥有68*128个FP32单元=8704个FP32单元 ， 跟官方标称的CUDA核心数保持一致 。
不过这种方式带来的CUDA核心"翻倍" ， 并不直接意味着Ampere架构可以凭借"堆核心"实现性能翻倍 ， 因为这种设计下只有在进行纯粹的FP32计算时才能实现性能的直接翻倍 ， （比如"挖矿"性能 ， 的确实现了近乎翻倍的表现） 。
而在大家更关心的游戏表现和其他实际应用中 ， 虽然FP32单元会被调动得更多（进行浮点运算） ， 但是它也需要调用INT32（进行整数预算）等其他单元的多种运算情况 ， 所以在游戏里实现两倍性能提升的情况几乎不可能存在 。
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