软硬兼施　了解新一代显卡的“隐藏实力”

显存访问革命

在AMD推出RX 6000系列显卡的时候，同时宣布了一个“新技术”——Smart Access Memory，简称SAM。它其实就是一种让处理器可以访问全部显存，即拥有全部权限（Full Access）的技术（图1）。

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在十几年前，当显卡接口转向PCIe插槽时，显卡与处理器的通信能力就是PCIe总线的重要“卖点”。当然，处理器和显卡的通信并不是直接访问处理器或者GPU，那样会扰乱数据处理的，GPU通过PCIe通道访问的主要是内存数据，而处理器访问的当然就是显存里的数据了。只不过由于当初设计的问题，处理器访问显存的范围被定在了256MB，也就是最初几代PCIe高端显卡（图2）的显存容量。

不过之后随着显卡显存容量的提升，这个能力似乎被遗忘了，于是处理器访问显存时需要的BAR（基础地址寄存器）就没有升级过，访问权限一直保持在256MB，显卡和处理器只能交流少量的数据。但PCIe规范本身其实并没有这种限制，反而有ResizabIe BAR Capabilitv（可调节大小的BAR容量）这个功能（图3）。Smart Access Memory实际上就是终于“想起”并用上了这个功能，只要按照PCIe规范调节BAR，就可以让处理器获得访问全部显存的权限了。

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英特爾和英伟达也随后推出了类似功能，大部分主板直接以PCIe规范的Resizable BAR Capability技术为名（图4），一般直接简称为BAR。也有部分主板比较个性，例如华擎将这一功能命名为CAM（Clever Access Mempry）（图5）。

至于为什么现在处理器和GPU厂商都突然想起来了这个功能，其实很简单，相对于目前的显卡，PCIe4.0×16插槽拥有了“太大”的带宽，比如我们测试支持PCIe 4.0的RTX 30系列、RX 5000/6000系列显卡时，使用PCIe 3.0×16（或PCIe 4.0×8）还是PCIe 4.0×16插槽，表现并没什么区别，说明有很大的接口带宽根本处于闲置状态。

另一方面，要想让处理器顺畅地访问高速、大容量缓存，对通道带宽的要求也非常高，在PCIe 3.0时代，大家根本不敢放开处理器访问显存的范围，以免影响最紧要的通信数据，也只有如今PCIe 4.0时代的带宽，才能让厂商放心开启这一功能。顺便说一下，现在动辄8GB甚至10多GB、20多GB的显存，也为处理器与GPU协作留下了一定的容量基础，否则被GPU自身紧急需求的数据塞满的区区几GB显存，也根本没有处理器插手的空间。也许正是出于这种考虑，英伟达第一款“出生”就为BAR进行优化的GPU，恰好是自身性能有限，但显存容量很大的RTX 3060（图6）。

至于性能方面，很遗憾的是，目前只有少数几款游戏可以从这一功能中明显受益，例如《战争机器5》在开启BAR之后帧速提升就比较大（图7），但其他3A游戏的帧速提升幅度大都很小，有些甚至还会有帧速下降的情况。

当然，这一功能的潜力还是非常明显的，处理器与GPU的良好协作，对未来场景越来越复杂、NPC越来越智能、物理效果越来越真实的游戏或3D应用，都是意义非凡的。只是想要充分感受它带来的益处，恐怕还得等待为其优化的全新3D应用/游戏引擎。

分辨率优化技术

使用低分辨率或低细节的画面，通过优化来模拟更高分辨率、画质的画面，是显卡的一种常见的帧速“优化”模式。不过在近期，软硬件结合，并且有了光线追踪画面的更紧迫需求，才使得两大GPU厂商的相关技术——英伟达的DLSS和AMD的FidelityFX技术更加引人瞩目。

火速连接

DLSS是英伟达在RTX 20时代就提出的技术，在本刊2020年第15期《低成本“升级”提升电脑性能的小手段》一文中已经有详细介绍，这里就不赘述了，

其中AMD的FidelityFX技术，实际上是为RX 6000系列显卡和以及AMD支持的新一代游戏主机推出的一整套图形品质优化工具（图8），可为游戏加入环境光遮蔽、可变阴影着色以及自定义锐化技术等，分辨率优化技术是其中的FidelityFX Contrast AdaptiveSharpening（对比度自锐化，简称CAS）部分，目前仍在开发和优化中。

从目前的情报看，FidelityFX CAS更偏向于游戏本身的支持和优化，与DLSS的实现途径有明显区别。DLSS是在英伟达自家的服务器上对游戏进行针对性的智能学习和优化，之后通过驱动放出相应的优化设置，这样可以获得最适合GPU的效果，但优化时间较长，如果游戏引擎有变化可能需要重新学习。而AMD可以利用自家在游戏主机平台上的绝对优势，要求开发商的游戏引擎直接为FidelityFX优化，以便在主机上发挥最好效果。由于目前大量的中高端游戏都是跨平台开发和发售的，PC平台上的这些游戏当然也会支持FidelityFX。这种方式虽然传统，但同样有效，而且不会出现游戏升级或发布后，需要推出新驱动才能对其优化的情况。

可变速率渲染

如果说DLSS和FidelityFX CAS的帧速优化主要是依靠低分辨模拟高分辨率，那么通过降低细节来提升帧速的新技术应该就是可变帧率渲染（VariabIe Rate Shading，简称VRS）了。

用最简单的方法解释VRS，它其实就是自动判别玩家不关注的景物、角度，比如远处的树皮，快速转身时候“途经”角度上的景物。然后尽量减少这些地方的细节渲染，使用更粗糙的材质等等（图9），这样可以降低显卡对每一帧画面的处理负担，就可以提升整体帧速了。当然在帧速已经足够的情况下，也可以将这些节省下来的资源放在更重要的景物、视角里，甚至还可能增加这些地方的细节表现，提升画质体验。

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我们很难通过实际游戏的静态画面看到VRS的表现，因为一旦静止，没有所谓可以忽略的景物和角度了，显卡常常会去弥补画面细节，所以我们只能从3DMark的相应测试中截取图片来看一看效果。

3DMark的VRS测试分为两级，一级只能针对某个图形，比如远处的石头与树木与近处使用不同的渲染细节（图10、图11）;而二级则可以针对图形的某个区域，比如同一所房子中，位于玩家侧面的墙壁和正对的墙壁都可以表现出不同的细节（图12、图13）。

在一级VIRS测试中，我们可以比较明显地看出远处的树皮变得更模糊了，虽然对重要景物的影响不大，但仔细观察会看到明显的不同。至于二级VRS，因为区域设定更灵活，画面损失也更小，静态图片就几乎看不出来变化了。

VRS对帧速的影响很大，以画质损失较小的二级VRS为例，使用同为图灵核心的GTX 1660和RTX 2070显卡进行测试，兩者开启VRS后的帧速提升都更明显。

这里要注意的是，VRS虽然不是RTX 30和RX6000这样的最新一代显卡才开始提供的技术，但对于核心还是有一定要求的。特别是画面效果与帧速更加平衡的二级VRS，最好使用图灵或更新核心的显卡。

英伟达专属 快速响应与新G-Sync

英伟达发布RTX 3060的同时，还推出了一个有助于游戏整体速度体验的技术——Reflex。它除了通过英伟达自身的GPU研发能力，降低游戏画面的生成、传输、显示延迟之外，还尽量降低处理器压力、并让鼠标、显示器厂商针对操控延迟、显示延迟进行优化，以加快游戏从操控输入到画面最终显示的整体速度（图14），降低延迟，提升体验。

火速连接

关于英伟达快速响应技术的介绍，可参考本刊2021年第4期的《感受未来走近CES 2021》一文。

而在RTX 3060的发布会前后，英伟达还悄悄地做了另一件事，那就是将G-Sync的认证标准降低了（图15）。首先是衍生出了所谓的G-Sync Compatible（G-Sync兼容）标准。从对比表中可以看出，显示器只需要支持可变刷新率，不用经过之前G-Sync认证的300+种检测，当然也不用内置芯片，价格也就便宜得多，这使得很多入门、主流游戏显示器可以开始支持G-Sync技术。

其次，英伟达将原本最高规格的G-Sync Ultimate标准降低了。原先的Ultimate HDR实际就是DisplayHDR 1000标准，包括峰值亮度达到1000nits，且要有多个背光分区等要求，现在变成了比较模糊的Lifelike HDR，这样HDR 600甚至400的显示器也可以宣传自己是G-Sync Ultimate标准了。

这两个举措的意义非常明显，Reflex可以从整体上改变画面延迟问题，让玩家更充分感受到升级显卡带来的实际好处，避免其他方面的延迟掩盖帧速提升的体验。而降低和扩展G-Sync认证，则可以让更多玩家体验到无撕裂的画面，同样有利于显卡展示其高帧速的优势。不过这两个技术，或者说戰略也存在一些缺陷，例如Reflex阵营中没有网络相关厂商加入，而网络延迟在游戏整体延迟中已经是无法忽视的问题了，而且G-Sync认证向下扩展和降低标准会不会影响高端玩家的体验，也是未知之数。

AMD专属 内置缓存与Rage模式

AMD的新一代GPU当然也有自己的专属特色技术，首先就是RX 6000全系都具有的特殊配置——Infinity Cache。如果说RX 6000系列采用的架构更像是处理器的话，那么Infinity Cache就有点像是处理器中常见的、所有核心共享的三级缓存（L3 Cache）。其实RDNA2架构图上确实和处理器一样明确标有一级、二级（L1、L2）缓存及Infinity Cache的位置（图16），也说明其使用方式和三级缓存真的非常类似。

Infinity Cache的存在大幅提升了RX 6000系列的数据响应速度（图17），在这方面将RTX 30系列远远甩在了身后。不过这一配置也存在一些问题，比如占用了GPU核心的外部带宽，也因此影响到了显存容量配置，造成RX 6000系列的高端型号在这两点上都弱于对手。

至于AMD的Rage模式，其实就是自动超频，或者说高频率状态（图18）。在发布会的时候我们甚至可以看到，RX 6900 XT能够与对手抗衡，实际上就使用了超过标准频率的Rage模式（图19）。而AMD之所以会有这种设计，应该也与RX 6000比对手更低的TG P（Total Graphics Power，全卡功耗）有关，这使其可以适当放松功耗管理来获得更高性能。

在新一代的显卡和其配套软件中，可能还隐藏着一些尚不为人熟知的技术，也有一些是我们特别熟知，因此算不上“隐藏实力”的技术，比如光线追踪等。它们的目的与实现途径各不相同，或实用、或超前、或强力、或有趣，但相同的是，它们都在努力推进着3D技术不断发展、完善。也许在下一代显卡露面后，我们可以回头更好、更全面地重新梳理这些技术及其带来的变化。