玩光追，有它才畅快！8款光追游戏GPU性能对比测试

NVIDIA GeForce RTX 20系列GPU的诞生让实时光线追踪这一概念被众多游戏玩家所熟知，反射、阴影、全局光照等渲染效果让游戏玩家体验到了光线追踪的魅力，DLSS技术则让玩家在享受逼真渲染效果的同时还能获得足够流畅的游戏帧率。去年9月，NVIDIA GeForce RTX 30系列GPU携第二代RT Core和升级后的Tensor Core而来，给玩家提供更畅爽的光追体验是它的使命之一。或许是认识到光线追踪将成为游戏大作的主流配置，AMD也推出了支持光线追踪的Radeon RX 6000系列GPU。那么对于想要畅玩光追游戏的玩家来说，什么GPU更值得购买呢？针对这一问题，我们决定用测试结果来给你答案。

在进行实测对比之前，我们不妨先通过NVIDIA GeForce RTX 30系列和AMD Radeon RX 6000系列GPU的规格参数来对比它们的“理论战力值”。NVIDIA GeForce RTX 30系列GPU（下文简称RTX 30系列GPU）基于目前最新的NVIDIA Ampere架构，该架构采用改进的Streaming Multiprocessor (下文简称SM) ，它由不同核心、单元以及内存构成。

NVIDIA Ampere架构SM的一大变化是FP32操作的吞吐量变为两倍。为实现这一目标，新数据路径设计是每个SM分区每时钟能够执行32个FP32操作，所有四个SM分区组合在一起，每个时钟可执行128 FP32操作。这能带来什么好处呢？简单来说，图形、计算操作和算法、现代着色器工作负载通常混合使用FP32算术指令。FP32加速也有助于光线追踪降噪着色器。光线追踪渲染工作负载越大，相对于上一代产品的性能提升越大。

和RTX 20系列GPU相比，RTX 30系列GPU的RT Core和Tensor Core均进行了增强。其中，RTX 30系列GPU搭载的是第二代RT Core。NVIDIA的数据表明，第二代RT Core的性能达到上一代的两倍左右，同时其运动模糊渲染效率更是达到上一代RT Core的8倍。

▲光线追踪过程简介和硬件实现方法介绍

▲NVIDIA在RTXGPU的RT核心上的实现方法

在GPU上引入Tensor Core（中文名为“张量核心”）是NVIDIA近年来的一大创举。RTX 30系列GPU上搭载的是第三代Tensor Core，其主要特点是支持更多的数据格式，大幅度加强了在稀疏矩阵计算时的效能。比如在原始矩阵具有稀疏性时，第三代Tensor Core的速度可达到第一代的20倍等。而在实际游戏中，第三代Tensor Core提供的就是玩家熟悉的NVIDIA DLSS功能，其主要作用是在游戏中有效遏制帧率下降，同时还能提供优秀的画质表现。目前，NVIDIA DLSS已经更新至2.1版本，并在游戏中提供了质量、平衡、性能和超性能这4种模式供玩家选择。

▲面向图形的安培架构也加入了第三代张量计算核心，专门为稀疏矩阵优化。

此外，引入光线追踪动态模糊加速也是基于NVIDIA Ampere架构的第二代RT Core上一个重要的技术创新。动态模糊是一种非常流行且重要的计算机图形效果，它可用于游戏、电影以及许多专业渲染应用程序中。从原理上来讲，动态模糊的本质和胶片摄影相关，因为胶片摄影时，图像不是立即创建的，而是通过将胶片在有限的时间段内曝光来创建的。这意味着目标物体在胶片快门时间内的高速移动将带来模糊的曝光效果。如果GPU想要创建类似效果，必须模拟相机和胶片工作流程。动态模糊对于电影是非常重要的，它能够避免画面出现断续卡顿的情况，对游戏来说亦是如此。

▲RTX 30系列GPU上的动态模糊光线追踪实现方法和具体结果

AMD Radeon RX 6000系列（下文简称RX 6000系列）GPU是AMD第一代支持硬件光线追踪渲染的产品。该系列GPU基于AMD最新推出的RDNA 2架构，并通过引入硬件光线追踪单元（下文简称：RA单元）以实现对硬件光线追踪渲染的支持。目前的资料显示，RDNA 2架构的每个CU单元配备1个RA单元，同时AMD宣称RA单元的光线追踪交叉性能是传统软件执行的10倍。数据显示，RDNA 2架构的GPU在微软DXR SDK的Procedural Geometry的测试中带来了471fps的成绩，在软件模拟下只有34fps，因此性能达到了软件的13.8倍。实际上Procedural Geometry只是整个DXR SDK中的一部分，用于测试地面以上所有对象在光线追踪上的性能，其图元信息包括解析几何、体积几何和带符号的距离几何等多重内容。

▲RX 6000系列GPU的RDNA 2架构加入硬件光线追踪模块

从前文中的规格参数来看，RTX 30系列GPU和RX 6000系列GPU均在硬件层面支持实时光线追踪渲染，但考虑到RTX 30系列GPU还得到第三代Tensor Core的加持，它可以大幅提升游戏帧率，所以我们认为RTX 30系列GPU在光追游戏中开启DLSS之后的游戏性能应该更加出色。那么实际情况如何呢？下面我们就在游戏实测中一探究竟。

参与本次测试的GPU是来自NVIDIA的GeForce RTX 3080、GeForce RTX 3070、GeForce RTX 3060 Ti（下文分别简称RTX 3080、RTX 3070、RTX 3060 Ti），以及它们各自的对位GPU—AMD Radeon RX 6800XT、Radeon RX 6800、Radeon RX 6700XT（下文分别简称RX 6800XT、RX 6800、RX 6700XT）。同时，我们还为这些参测GPU搭配了以AMD锐龙 9 5950X处理器、ROG CROSSHAIR Ⅷ DARK HERO主板、DDR4 3200 32GB双通道内存为核心的测试平台。

测试游戏的选择上，《赛博朋克2077》这款时下火爆的光追游戏自然不可或缺，同时我们还挑选了包含《堡垒之夜》《我的世界》《控制》等共计8款光追游戏参与测试。考虑到来自NVIDIA的3款RTX 30系列GPU还支持DLSS技术，所以我们在测试中将分别测试这3款GPU在“光追：开+DLSS：关”，以及“光追：开＋DLSS：开”设定下的性能。游戏设置方面，所有参测游戏的光线追踪等级将设为最高，同时部分参测游戏支持多种DLSS模式，我们在本次测试中统一选择平衡模式。需要说明的是，由于RTX 3080、RTX 3070、RTX 3060 Ti在1080p分辨率下运行《古墓丽影：暗影》和《地铁：离去》时不支持开启DLSS，所以在这两款游戏中，我们不考察这3款GPU在1080p分辨率下同时开启光线追踪和DLSS的性能。

目前，光线追踪提供了反射、漫反射、全局光照、阴影等多种渲染效果，那么在实际游戏中，光线追踪能给游戏画质带来怎样的变化呢？我们不妨参考《控制》《赛博朋克2077》《我的世界》这3款游戏的截图。此外，DLSS在提升游戏帧率的同时，还在画质上有着不错的表现，这一点我们也可以通过游戏截图来实际对比一下——光追+DLSS的确是当下顶级游戏感官享受的天作之合。

▲从《控制》的游戏截图我们可以看到，开启光线追踪之后，玻璃幕墙上反射出游戏主角和周围环境的倒影，而且开启DLSS前后的游戏画面在细节上的表现也几乎保持同一水准。

▲对比《赛博朋克2077》的游戏截图我们可以看到，开启光线追踪后，地面上的倒影更加细腻且逼真。在开启光线追踪的基础上，我们再将这款游戏的DLSS设为“平衡”模式。对比DLSS开启前后的截图我们可以看到，远处广告牌的细节基本保持一致。

测试成绩解析部分，我们将首先对比参测GPU在开启光线追踪，并关闭DLSS时的游戏性能。随后我们还会把RTX 3080、RTX 3070、RTX 3060 Ti在同时开启光线追踪和DLSS之后的游戏性能，分别与RX 6800XT、RX 6800、RX 6700XT进行对比。 

首先在开启光线追踪，并关闭DLSS时f，参测3款RTX 30系列GPU大获全胜。例如在2.5K分辨率和最高画质下，RTX 3080运行《控制》的平均帧率达到72fps，而其对位GPURX 6800XT在相同设定下运行《控制》的平均帧率仅有49fps，后者的测试成绩不仅落后RTX 3080约47%，同时还远低于60fps这一绝对流畅基准线。可以预见的是，在一些光线追踪环境较为复杂，或者玩家与敌人进行激烈对抗的过程中，RX 6800XT在2.5K分辨率和最高画质下很难给玩家提供足够流畅的光追体验。不仅如此，分别在1080p、2.5K和4K下运行《我的世界》时，RTX 3080和RTX 3060 Ti测得的平均帧率都达到其对位GPURX 6800XT和RX 6700XT的两倍或更高。同时相比RX 6800，RTX 3070在上述3种分辨率下运行《我的世界》的平均帧率也都高出85%以上。

下面我们再来看看开启DLSS之后，参测3款RTX 30系列GPU的光追游戏性能。测试成绩显示，相比关闭DLSS时，这3款RTX 30系列GPU在开启DLSS之后的性能提升非常大。例如关闭DLSS时，RTX 3080在4K分辨率和最高画质下运行《我的世界》的平均帧率为34fps，而当开启DLSS之后，其平均帧率提升180%，达到95fps。不仅如此，和6800XT、RX 6800、RX 6700XT这3款GPU相比，参测3款RTX 30系列GPU开启DLSS之后的光追性能领先非常多。同样以《我的世界》为例，RX 6700XT在4K分辨率和最高画质下运行这款游戏的平均帧率为10fps，而其对位GPURTX 3060 Ti在相同设定下运行《我的世界》的平均帧率高达60fps，是前者的6倍。

凭借强大的NVIDIA Ampere架构，特别是性能大幅增强的第二代Tensor Core，RTX 30系列GPU在光线追踪游戏中的性能完全碾压竞争对手的RX 6000系列GPU，这一点在我们本次测试中就得到证明。需要注意的是，光线追踪开启之后，游戏帧率往往会存在不同程度上的下降，就目前来看这是在所难免的。不过对于 DLSS技术来说，这正是它大显身手的时候。得益于深度学习和 AI 的强大功能，DLSS可以大幅提升游戏帧率。从我们的测试成绩可以看到，RTX 3060 Ti的定位虽然比RX 6800XT更低一些，但在开启DLSS之后，其光追游戏性能也能在不同程度上领先RX 6800XT。不得不说，能给一款GPU带来越级的性能提升，目前只有DLSS能做到。

想要获得更逼真的游戏画质，同时有能体验非常流畅的游戏帧率，这是玩家不变的追求。就目前来看，光线追踪所提供的逼真游戏画面基本可以看作当下“天花板”一般的存在。那什么才能帮助玩家实现体验高帧率的梦想呢？答案自然是DLSS。换而言之，逼真的游戏游戏画面和流畅的游戏帧率，它们在以前就像鱼和熊掌不可兼得，但有了光线追踪和DLSS，这一切就成为可能。不难看出，光线追踪和DLSS就像是一对绝佳拍档，玩光追就得有DLSS。放眼当下，基于最新的NVIDIA Ampere架构，并同时支持光线追踪和DLSS的RTX 30系列GPU，无疑是游戏玩家享受畅爽光追体验的不二之选。