NVIDIA GeForce RTX 4090首测 4K/144将成最低配

NVIDIA RTX 40系显卡终于与我们见面，按照以往的惯例，通常都是游戏级别的“80”型 显卡率先与我们见面，不过此次最先推出的却是“90”级别的产品。

其实根据目前的情况来看，GeForce RTX 4090率先推出，也是为了照顾到仍在市售的RTX 30系产品。还记得在RTX 30系显卡推出时，大部分RTX 20系显卡其实已经停产，整体的更新换代节奏明显。

而目前GeForce RTX 3090的价格基本不足万元，也已经停产。所以在此时推出GeForce RTX 4090，其实并不足以影响到RTX 30系整体的销售。

每一次“90”级别的产品NVIDIA官方，其实很少宣传游戏领域，不过此次在性能悬殊如此大的情况下，即便是NVIDIA对于它的游戏性能也是侃侃而谈。

01 NVIDIA GeForce RTX 4090 概览

今年的GeForce RTX 4090在外观上变化不大，不过包装还是一如既往的精美，并且此次NVIDIA还加入了环保的理念。

外包装依旧采用了哑光黑色硬纸盒，而且可以清楚地看到“GeForce RTX 4090”字体的变化，GeForce RTX的英文字样更圆滑，而数字则更“厚实”。

从侧面可以看到，本次显卡的包装除了外圈的硬纸盒，内部全部采用了黑色瓦楞纸。在盒子两侧还有黑色胶带防止运输过程损坏。

打开后的包装有点像帐篷形状，这张“性能怪兽”静静躺在那里，而且有意思的是，显卡周围的装饰纹路自带“震惊”效果。

拿出显卡后，包装内还附赠了一根16pin转8pin*4的转接线。其实本次GeForce RTX 4090的建议电源与GeForce RTX 3090 Ti相同，都是850W，所以如果在RTX 30系配备了高瓦数电源的玩家大可以放心升级。

NVIDIA GeForce RTX 4090 FE显卡的整体尺寸为304×137×61mm，占用3槽空间。其实长度相较RTX 30系显卡没有变化，甚至比RTX 3090 Ti还少了10mm，但整体的质感和分量都有所提升，整卡约为2.2kg，这还是以简约设计著称的公版，很难想象各家AIC的显卡到底会有多重。

NVIDIA GeForce RTX 4090的整体设计依旧沿用了RTX 30系显卡的外观，但由于架构升级，发热量增大，散热自然也需要同步升级。本次的GeForce RTX 4090风扇尺寸再次增大，基本已经达到了显卡整体框架的直径，而在散热风扇增大的基础上，最大气流动态增加20%，同噪音等级的气流动态增加15%。

视频输出接口上，依旧采用了HDMI 2.1 + DP 1.4a*3的四接口设计。HDMI 2.1可支持4K 120Hz HDR、8K 60Hz HDR，对于目前阶段的产品来说完全够用。

至于呼声较高的DP 2.0，其实目前绝大部分消费级游戏显示器都没有实装，且DP 1.4a标准也能够支持8K 60Hz刷新率的显示器。所以，综合来看，绝对够用。

况且，我们真的需要那么极致的规格吗？羊毛出在羊身上的道理大家都懂。

另外由于公版采用的双轴流散热系统，所以在视频输出接口部位能够看到大量的散热鳍片，这一点与上一代相同。

本次GeForce RTX 4090的整卡功耗为450W，采用单16pin的辅助供电。目前已有部分电源厂商发布了最新的ATX 3.0标准高端电源，自带12VHPWR的16pin供电接口，最高可支持600W供电。所以不出意外的话，或许下一代显卡也将采用这样的单16pin来供电。

虽然目前所有显卡厂商基本都会附赠一根转接线，不过8pin*4的杂乱程度可想而知，有条件的话，一个ATX 3.0标准的电源简直不要太整洁。

需要注意的是，目前适用于RTX 30系列的12pin接口和电源转接器与RTX 40系列显卡不兼容。

最后来看一下GeForce RTX 4090内部的PCB板，依旧采用了“深V”的异形PCB，依旧紧凑的排布了所有的元器件，没有一点浪费，并且在如此紧凑的环境下搭载了20+3相供电。整整齐齐，堪称艺术品。

NVIDIA同时还强调，在高负载下，GeForce RTX 4090的供电更稳定，不会出现剧烈的电压、电流波动。

02 Ada Lovelace 姓甚名谁？

下面我们来看一下此次推出NVIDIA Ada Lovelace架构，我们先从Ada Lovelace这个人讲起，相较于Ampere，这位似乎大家更陌生一些。

Ada Lovelace（1815-1852）是英国数学家、计算机程序创始人，建立了循环和子程序概念，被称为世界上第一位程序员。

Ada从小对数学有极高天赋，其父称她为“平行四边形公主”，后来的合作伙伴Charles Babbage称她为“数字女巫”。在19岁时Ada嫁给了自己曾经的科学家庭教师，婚后的她对数学热情不减。

1842年到1843年花了9个月时间翻译了Babbage的《分析机概论》的备忘录，写了很多注记，其中给出了用计算机进行Bernoulli数求解的详细说明。由此，Ada被广泛认为是世界上第一位程序员。

而以她名字命名的语言——ada语言，已经成为了美国军方开发战斗机等尖端武器的语言。

从几行简短的生平简介中，不难看出Ada的生命虽然只经历了短暂的37个春秋，但却足以被后人铭记。

这也是为什么此次NVIDIA RTX 40的先行宣传中，用到了“以未来敬传奇”的slogan，下面我们详细剖析一下，这次的Ada Lovelace还有哪些创新和超越。

03 NVIDIA Ada Lovelace架构

本次发布的GeForce RTX 40系显卡由全新的NVIDIA Ada Lovelace架构打造，采用TSMC 4nm定制工艺（TSMC 4 nm NVIDIA Custom Process），旗舰核心AD102达到了恐怖的760亿个晶体管，而在RTX 30系显卡中为280亿个。

与上一代NVIDIA Ampere相比，NVIDIA Ada Lovelace在相同功率下，具有2倍以上的性能提升。最高可达到90-TFLOPS的着色器数据吞吐量，而本次发布的GeForce RTX 4090则达到83-TFLOPs，相比上一代NVIDIA Ampere则只有40-TFOPs。

完整的AD102核心共有18432个CUDA，其中包含12个图形处理集群(GPCs)， 72个纹理处理集群(TPCs)， 144个流式多处理器(SMs)。144个第三代光追核心（RT Cores）、576个第四代张量核心（Tensor Cores）。另外可以看到Boost频率也从1.9GHz猛增到了2.5GHz。

另外一点在架构图上没有体现的是，AD102核心还包含288个FP64双精度浮点核心(每SM 2个)，用来确保FP64代码正确处理，包括FP64张量核心代码。

通常来讲，单精度浮点运算会用于深度学习模型训练，而双精度浮点运算则用于数值模拟工作。通常游戏卡都会砍掉FP64，这既节省了成本，又对游戏本身没有影响。而专业卡都保留有FP64，目的就是为了精度更高训练与计算。

此次资料中只提到了AD102核心搭载了288个FP64，尚不知道后续的推出的产品有无变更。

了解了完整的GA102核心，我们再来看一下RTX 4090的核心，其实知道了RTX 4090的参数，我们大概也能了解到后续可能推出的“Ti”系列究竟相差在哪。

相比完整的GA102来说，RTX 4090共有16384个CUDA，其中包含11个GPC、64个TPC以及128个SM单元，第三代RT Cores为128个，第四代Tensor Cores为512个。

其实根据完整的架构图就能看出，此次Ada架构整体结构性的改动并不大，这一点从SM单元便能清晰印证，同样的FP32 CUDA核心，同样的FP32/INT32混合CUDA核心，同样的L1级缓存等等。当然，每个SM单元内部的Tensor Core升级为第四代。

不过变化最为显著的，则是第三代光追核心，我们结合两代架构来看。在第二代光追核心中，包含负责边界交叉测试的Box Intersection Engine引擎，和负责三角形交叉测试的Triangle Intersection Engine引擎。

而在第三代光追核心中，还增加了两个新的引擎：Opacity Micro-Map Engines（OMM）和Displaced Micro-Mesh Engines（DMM），这两个新的硬件单元可以极大地提升光追性能（具体原理后文详细介绍）。

至此，每2个SM单元组成一个TPC单元，每6组TPC单元组成一个完整的GPC顶层单元（在部分核心中，会出现5组TPC组成一个GPC单元的情况）。

而每个GPC单元又搭载一个独立的光栅引擎、两组ROP分区（每组包含8个ROP单元）。

过多关于数数的部分就不再介绍了，毕竟此次架构图的大面上与NVIDIA Ampere架构基本相同，下面我们分别来看看，除了性能Ada架构还有哪些升级。

Shader Execution Reordering （SER）着色器执行重排序

SER主要的作用是提升着色器性能，它可以将效率低下的工作负载，动态重组为更高效的工作负载。主要针对光线追踪的性能提升非常大。

简单地说，GPU在执行类似工作的时候效率最高。但随着光追效果越来越强大，每个场景可能有数百万条光线照射在不同材质上，而我们知道不同材质的反射率，以及反射效果也是不同的。所以这样就为着色器创建了大量的、发散的，效率低下的工作负载。

SER则可以将这些杂乱的指令重新分门别类，动态重组为更高效的工作负载。根据NVIDIA的说法，SER可将着色器性能最多提升2倍，并将游戏帧率最高提升25%。

举个简单的例子，当光线第一次从发射端到碰撞端是非常有规律的射线，而碰撞到物体后的二次光追，则会出现大量发散的、无规律的反射，这对于光追负载是非常高的。而从图中便能看到，SER可以将这些指令进行二次排序，以发挥出着色器的最大性能。

不过好在这么实用的功能并不是RTX 40系的专利，它是一个易于集成的SDK，目前需要游戏开发商集成在游戏中。另外由于它是一个通用的逻辑，后续也有可能直接集成在Windows的API中，这样游戏开发者就无需特意引用，直接调用系统API即可。

可以说SER对于手持RTX 20系及以上（能够开启光线追踪）的N卡用户来说，是极大地福音。毕竟免费提升的光追性能，谁不喜欢呢。

第三代 RT Cores

RT Core的作用在于更快的光线追踪计算能力，如果说在RTX 30系显卡中，想要畅享4K高帧率游戏有点吃力，那么RTX 40系显卡中，将显得轻而易举。

在GeForce RTX 4090这张显卡上，达到了191 RT-TFLOPs的处理能力，而RTX 30系显卡最快处理能力为78 RT-TFLOPs，足足为2.4倍。并且根据NVIDIA的官方说法，第三代RT Core的峰值RT-TFLOPs相比于前代提高了2.8倍。而这只能说明，这张4090并非Ada Lovelace架构的最终形态。

Opacity Micro-Map Engines

在第三代RT Cores中引入了两个重要的硬件单元，首先是Opacity Micro-Map Engines，可以理解为微映射透明度引擎，它主要的作用是优化光线追踪渲染，可大幅减轻着色器的工作负担。

比如树叶之类的复杂物体，不同的光线都会影响它的表现状态，以及树叶之间的光线反弹，所以对于光线追踪的计算量是巨大的。

不过Opacity Micro-Map Engines可以将光线追踪特性烘焙到不透明蒙版中，所以那些不规则形状和半透明的对象，也就能够更快更精准的渲染出来，从而极大减轻着色器的工作负担。

Displaced Micro-Mesh Engines（DMM）

Displaced Micro-Mesh Engines可理解为微 格置换引擎，它构建光线追踪的BVH（Bounding volume hierarchy）的速度提高了10倍！所使用的的显存减少了20倍！

DMM由第三代RT core本地处理，与前几代相比，它只使用基本三角形渲染复杂几何图形，极大减少了存储和处理需求。

具体的工作原理从图中一目了然，新的DMM可以将面数非常多的复杂图形做简化，创造出简单的模型，但整体的光线追踪效果不变。

通过一些模型数据我们可以具体看到，新的DMM将模型简化了多少。原本1100万三角面的模型，经过简化后，只有15万左右的微 格，BVH的构建速度提升了8.5倍，小了6.5倍。

而这还不是最夸张的，越复杂的模型往往优化的效果越好，在官方展示的这几组对比示例中，最快可提升大于15倍的速度，容量简化20倍的模型。

第四代 Tensor Cores

除了光追单元的升级外，第四代张量核心的升级更加恐怖。它采用了新的FP8张量引擎，在GeForce RTX 4090这张显卡上，吞吐量达到了1.32 Tensor petaFLOPs，提高了5倍。

注意这里的单位——petaFLOPs。以往的TFLOPs为万亿次浮点运算，而petaFLOPs则为千万亿次浮点运算。

DLSS 3

本次推出的DLSS 3也是RTX 40系一大卖点，从DLSS 2.3直接迈入了3.0版本，也能看出此次的升级之大。而DLSS 3也被NVIDIA官方称为神经 络渲染新时代。

全新的DLSS 3在原有的DLSS超分辨率的基础上，添加了光学多帧生成技术，以生成全新的帧，而不像原来只能生成像素。

DLSS 3结合了DLSS超分辨率、DLSS帧生成和NVIDIA Reflex这三大技术，能够重建八分之七的像素，极大提高性能。

在GPU受限的游戏中，比如2K分辨率及以上的更高分辨率，DLSS 2能够将帧率提高2倍，DLSS 3则能够提升4倍。

本次DLSS 3跨越了一个大版本，从想法和原理上也再度升级，完全“猜想”1帧的技术，我们解释起来简单，但实施起来需要大量的推理与演算，以及绝对超前的想法。

不过“凭空”生成的1帧，在延迟上绝对要比DLSS 2高。所以此次完整的DLSS 3中，捆绑了NVIDIA Reflex，可以有效帮助减小延迟。