超能课堂(170)：从桌面到移动，NVIDIA的追光大计
2018年被视为光线追踪游戏元年，因为这一年微软确定了DXR光线追踪标准，NVIDIA推出了图灵GPU显卡，EA也推出了《战地5》光追游戏，光追游戏的产业链已经建起来了，虽然目前的规模还比较小。为了扩大光追生态链，今年的CES展会上NVIDIA又推出了适用于笔记本的图灵GPU，包括RTX 2080/2070/2060三款，与桌面版的RTX 2080 Ti/2080/2070/2060显卡联手给PC产业提供了光追游戏的硬件基础。
在CES展会上，大家的目光都被RTX 2060显卡及新游戏吸引了，不少人并没有注意过RTX笔记本电脑，今天的超能课堂里，我们就来聊聊移动版RTX 2080/2070/2060笔记本电脑，毕竟今年要想购买高端游戏本，玩家是绕不过使用这三款GPU的笔记本的。
·2018年游戏技术大升级，RTX光线追踪来了
光线追踪（Ray Tracing）技术问世以及数十年了，此前在一些专业领域——CG动画、动画渲染等应用已经大量应用了，但是专业应用中靠的是大量的工作站，而且会花费大量时间去制作简短的视频，可以说不惜成本，而且不需要做到实时输出，但这也让光线追踪技术很难用于PC游戏中，直到2018年PC平台才有了可用的实时光线追踪技术，那就是NVIDIA的RTX技术。
2018年是游戏技术发展史上载入史册的一年，3月份的GDC大会上微软正式宣布DirectX Raytracing（DXR）光线追踪标准，使得Windows PC平台支持光线追踪技术成为可能。不过微软的DXR统一了光线追踪API，但还有赖于硬件实现。
在8月份的SIGGRAPH 2018大会以及科隆游戏展上，NVIDIA首先吃了光线追踪这个大闸蟹，发布了Turing图灵架构GPU，分别针对专业市场、PC游戏市场推出了RTX 8000/6000/5000以及RTX 2080 Ti/2080/2070显卡，NVIDIA CEO、创始人黄仁勋宣称图灵GPU是2006年统一渲染架构问世以来GPU架构升级幅度最大的一次，原因就在于光线追踪对于PC游戏画质提升是革命性的。
随着Windows系统、NVIDIA硬件做好了DXR光线追踪的支持，光线追踪生态链的最后一环就是游戏支持了，微软的DXR已经得到了EA寒霜、SEED、EPIC的UE、Unity及3DMark等软件及游戏引擎的支持，NVIDIA也跟多家游戏厂商合作，推出了二十多款RTX游戏，其中神力科莎（Assetto Corsa Competizione）》、《战地（Battlefield）V》、《控制（Control）》、《逆水寒（Justice）》、《地铁（Metro Exodus）》、《古墓丽影：暗影》等11款游戏支持RTX光线追踪技术，《战地5》已经率先在11月中旬推出了RTX升级补丁，成为第一个支持RTX光线追踪技术的游戏，今年还会有更多游戏加入光线追踪支持中。
·NVIDIA图灵架构揭秘：全新CUDA架构，AI、RT核心加持
光线追踪之所以数十年来都没在PC平台普及，根源就在于光线追踪对GPU的性能要求很高，而游戏是需要做到实时运算的，所以也不能挪用CG工业界的那些离线渲染方法，有关光线追踪技术的基础介绍，我们之前在超能课堂：RTX显卡支持的实时光线追踪是什么？做过详细的介绍，一句话说就是：
随着显卡计算性能日益提升，NVIDIA认为显卡加入硬件级光线追踪支持的时机已经成熟，光线追踪也会成为未来3A级游戏竞相使用的技术，以达到玩家们梦寐以求的画面效果。因此NVIDIA在经历Volta游戏显卡跳票后，带来了拥有专门处理光线追踪的RT Core的Turing游戏显卡，不仅仅可以让游戏开发者进行实时光线追踪计算，所见即所得，而玩家也能从游戏中感受到前所未有、电影级的画质。
NVIDIA为了解决实时光线追踪的问题，开发了图灵GPU架构，这是2006年CUDA统一架构以来的一次飞跃，除了使用更先进的12nm FFN制造工艺之外，图灵GPU在全新内核架构、高级着色、RT Core及Tensor Core四个方面做了创新。
·全新CUDA内核架构：Turing图灵架构采用全新的SM设计——Turing SM单元，与Pascal架构相比，每个CUDA Core性能提升50％，效果显著。
·高级着色功能：NVIDIA在图灵架构上带来了全新的Mesh Shading（网格着色）、Variable Rate Shading (VRS，比率可变着色）、Texture-Space Sharing（TSS，纹理空间着色）、Multi-View Rendering (MVR，多视图渲染) 等全新图形技术，提高了游戏渲染性能及效率。
·Tensor Core：张量核心，这是之前的Volta架构就有的设计，Turing架构对其进行了增强。还增加了新的INT8和INT4精度模式，FP16半精度也能够被完整支持。简单来说，Tensor Core就是给GPU带来了AI人工智能加速能力，NVIDIA的DLSS抗锯齿技术就需要Tensor Core来加速运算。
·RT Core：RT Core可以说事图灵GPU最为核心的功能了，没有之一，因为RT Core才是实现实时光线追踪的关键，一个SM单元中只需要配备一个RT Core即可，因为SM单元只是个引子，用于启动，剩下的工作全都交由RT Core处理，会自动计算执行BVH遍历以及光线和三角求交，并且向SM单元返回结果，从而节省SM单元执行的数以千计的指令。
在NVIDIA发布的几款RTX 20系显卡中，目前有TU102、TU104、TU106三个图灵GPU核心，分别用于RTX 2080 Ti、RTX 2080及RTX 2070显卡，分别集成了68组、46组、36组RT Core，其中RTX 2080 Ti每秒钟可以追踪10G条光线，78T的RTX-OPS；RTX 2080每秒追踪光线降低至8G条，RTX-OPS也降低至60T；RTX 2070每秒能追踪的光线只有6G条，45T RTX-OPS；而Pascal的游戏王者GTX 1080 Ti只能追踪1.1G条光线，RTX-OPS只有11.3T，所以RT Core性能是非常强劲的。
·桌面显卡完成市场布局，笔记本也要追光了
到今天为止，NVIDIA在游戏显卡市场上已经推出了RTX 2080 Ti/2080/2070/2060四款显卡了，最低价格也也下探到了2899元，后面还有一波新卡，但是光追显卡由于对RT Core的高要求性，所以RTX 2060就是目前玩转光追游戏的底线了，桌面显卡的光追市场布局已经完成了。
但是任务远没有结束，玩转光追现在最大的问题还不是显卡性能如何，而是生态系统才刚刚开始，特别是支持光线追踪技术的游戏数量，已上市的才有一款，今年上半年还有技术光追游戏问世，但这远远不够。
光追游戏数量不足也成为尚不支持光线追踪技术的AMD批评光追意义不大的基础，但是解决这个问题也不是一蹴而就的，游戏厂商需要有更广泛的硬件基础才有动力去开发更多的光追游戏，所以球又回到了NVIDIA、AMD这边，他们推出更多的显卡扩展PC游戏平台才是关键，但AMD现在有没有光追显卡，暂时只能看NVIDIA的了，桌面台式机之外就是游戏本市场了。
笔记本上光追显卡有没有意义？在很多人眼里，游戏本对光追是没多大需求的，但从产业角度来看并不是这样的，因为游戏本现在已经成为影响PC产业发展的一个重要因素，因为笔记本早已经是一个比台式机还要大的市场，游戏本更是在高速发展。
根据盖特纳的统计，2018年全球个人计算设备出货量约为4.07亿台，其中桌面PC及桌面工作站出货量9370万台，而笔记本及移动工作站平台高达1.641亿台，将近是桌面电脑的两倍出货量。
游戏本售价相对较高，但销量并不低
除了总数量占优，面向游戏玩家的游戏笔记本近年来也保持高速增长，前瞻产业研究院发布的数据显示笔记本电脑则将更多地承担重度应用的角色，例如玩竞技游戏、做复杂的office文档、代码编制及运算、绘图渲染等对配置硬件要求高的工作，所以笔记本正向专业化、商务化方向转型，已经出现了高配置的专业游戏本、主打便携办公功能的超极本、专业渲染本。
根据ZDC互联网调研中心2017年全年的数据显示，5000-6000元之间的产品占比30.1%位居第一位，6000-8000元之间的产品占比28.6%，8000元以上产品占比22.4%，售价在5000元以下的产品占比18.9%，这也可以看出游戏本6000+以上价位的产品能占到一半，这个市场的潜力比台式机大多了。
对于这样的机会，NVIDIA当然不会错过，所以本月初的CES展会上，NVIDIA除了推出RTX 2060显卡之外，还推出了面向笔记本的RTX 20系列移动版，也就是RTX 2080、RTX 2070、RTX 2060移动GPU，它们不仅带来了桌面级电脑相近的性能，同时也让游戏本支持光线追踪成为可能。
·移动GPU光追三杰，RTX遇到了Max-Q
笔记本上光追GPU是有必要的，但是真要用于移动平台并不容易，因为笔记本空间有限，还要考虑续航问题，所以移动GPU需要在功耗、发热、空间占用等方面做出大量改进，不亚于螺蛳壳里做道场，所以这次亮相的RTX 2080/2070/2060笔记本电也用上了NVIDIA的Max-Q设计。
与对应的桌面版RTX 2080/2070/2060显卡相比，RTX笔记本电脑中RTX 2080/2070/2060显卡的规格都是一样的，分别拥有2944、2304及1920个CUDA核心，68、46及36组RT核心，显存位宽、频率及容量也没变，主要差别在于GPU核心频率，由于要控制功耗的缘故，笔记本电脑RTX 2080/2070/2060显卡的基础频率及加速频率降低了，换来的是TDP功耗大降，RTX 2080只有80到150W+之间，RTX 2070降至80-115W之间，RTX 2060更是低至80-90W之间，与桌面版相比平均减少了一半左右的功耗。
在保留了桌面版RTX 2080/2070/2060显卡的性能及规格的同时，RTX 2080/2070/2060笔记本也使用了NVIDIA的Max-Q设计，这个技术标准是NVIDIA 2017年推出的，一揽子方案可以降低游戏笔记本的厚度、噪音及发热，厚度从51mm降至18mm以内，保证散热效果的情况下噪音低于40分贝，所以在性能强大的同时也让笔记本更加美观、时尚，游戏本也不是傻大黑粗的代名词了。
从NVIDIA在CES发布会公布的数据来看，Max-Q设计的游戏本在2019年会大爆发，目前至少有40多个型号100多种配置，从1月29日开始陆续会有华硕、Acer、外星人、戴尔、技嘉、联想、惠普、微星、雷蛇、三星等品牌推出RTX 2080/2070/2060显卡光追游戏本。
总结：
2018年已经远去了，这一年PC平台迎来了实时光线追踪技术，这是游戏以及GPU硬件史上都值得记住的一年，RTX 20系列显卡的问世使得单卡实时完成光线追踪渲染成为现实，靠的就是图灵GPU的RT Core专用单元加速，这个技术也是图灵GPU的核心升级，怪不得老黄一直夸耀这是2006年以来GPU架构升级最大的一次。
桌面平台的光追显卡布局基本完成了，CES上NVIDIA又发布了RTX笔记本电脑，这不仅仅是老黄要在游戏本市场上(shou)赚（ge）钱的问题，实际上也是在扩大光线追踪生态系统阵容，毕竟舍得在游戏本上砸钱的玩家还是很多的。
与PC平台一样，由于生态建设初期的成本问题，光追游戏本的价格也不便宜，毕竟是独一份的选择，搭载RTX 2060显卡的笔记本也要差不多万元了，最便宜的神舟也要8000多，这个问题只能靠时间慢慢来解决了。