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    谈起CPU、GPU的时候,性能功耗比是一个经常被提及的概念,一般都简称为“能耗比”,它表示的是一款产品的性能与其功耗的比值。功耗比更高,意味着“吃更少的饭,干更多的活儿”,肯定更受消费者喜欢,而在GPU上要实现更高的功耗比,一般要从架构设计方面改进以增加效率或者在生产制造过程中使用更先进的制程来达到,当然,如果能双管齐下就再好不过了。

    详细了解能耗比不简单

    英伟达新一代的RTX 30系显卡,就采用了全新的安培架构并且使用了相比上一代图灵显卡更先进的三星8nm制程工艺,在官方的宣传中,英伟达测试表明,在《控制》这款游戏中,在60 FPS时基于图灵架构的GPU所消耗的功耗是安培架构GPU的1.9倍,即安培架构显卡在这里表现出相对于图灵显卡1.9倍的能耗比提升。

    不过对于详细的了解能耗比,其实并没有这么简单。

    首先,对于同一张显卡来说,它的能耗比其实并不是固定的,运行在不同核心频率的时候,它的能耗比会变得不同。类似于上图的曲线,可以将纵坐标理解为性能值(或者说不同的核心频率),横坐标就是功耗,如果功耗比是个定值的话,这条线应该是条直线,但是实际上这条线是一条斜率逐渐减小的曲线。

    Max-Q显卡的高能耗表现

    英伟达的Max-Q显卡更能明显的说明这个问题。由于桌面端显卡对于散热与功耗的要求相对宽松,所以显卡工程师对于桌面端显卡的设计主要追求性能,所以桌面端显卡一般会位于性能功耗曲线上较为右上方的位置,来提供最大性能。而移动平台上则不一样,它对散热与功耗的要求严苛,并且对于游戏笔记本来说,性能也不能太弱。

    所以工程师会在性能功耗曲线上找到一个合适的位置,即能提供不错的性能,功耗需求也不高,并以这样的频率来设计Max-Q显卡。与桌面端显卡相比,Max-Q显卡在性能功耗曲线上的位置更靠左下方,斜率更大,也就是能耗比更高。

    细看安培架构1.9倍的能耗比提升

    这里我们回到上面英伟达的那张宣传图,可以看到,上图的1.9倍的能耗比提升是将图灵架构的能耗比取在了较高的位置(图灵曲线靠后的位置),而安培架构的能耗比取在了较中间的位置,这样计算得来的结果也不能说错,但是对于实际的情况来说,消费者买到的安培显卡它的能耗比一般是不会位于曲线较中间的位置。

    那么我们怎么探究能耗比呢?很简单,我们以结果为导向,探究桌面端不同显卡的能耗比的区别,我们就以买到的显卡默认的性能和功耗的区别,来看他们的能耗比区别。所以也别管什么GPU核心功耗、显存功耗了,就看消费者买到两张不同架构的显卡,默认情况下使用,对于整卡来说,能耗比有什么区别。

    这里再说一下,虽然同一代架构桌面端显卡不同型号的频率不一样,但是由于GPU Boost的原因以及显卡本身的整体设计,默认情况下能耗比是差不多的。本次测试我们就将图灵架构显卡选择了两款型号,分别是影驰RTX 2070 SUPER HOF Classic和影驰RTX 2060 SUPER金属大师OC,读者可以通过他们的能耗比表现验证一下。

    而新一代的RTX 30系显卡,我们选用的是影驰RTX 3080金属大师,此外,我们还对比了AMD的Radeon RX 5700 XT公版显卡。

    测试平台

    由于对比的显卡中有支持PCIE 4.0的显卡,所以还是选择搭建了一套AMD平台来进行测试,其中CPU为AMD 锐龙9 3900X,主板为ROG CROSSHAIR VIII FORMULA,采用了4根单条16GB的芝奇 皇家戟 DDR4-3600内存,并且测试过程中在BIOS里打开XMP让内存运行在3600MHz的频率上,除此之外其他均为默认设置不做改变。至于其他硬件方面,如下表所示:

    性能测试

    由于游戏性能测试对于完整的显卡性能体现不够精细,误差较大,所以性能测试这里只选用理论性能测试,我们以3DMark作为显卡基准性能测试,测试项目包括Fire Strike、Fire Strike Extreme、Fire Strike Ultra、Time Spy、Time Spy Extreme共五个项目。

    其中Fire Strike、Fire Strike Extreme、Fire Strike Ultra三个项目分别测试的是显卡在DX11游戏中的1080p分辨率、2K分辨率和4K分辨率下的性能指数,Time Spy、Time Spy Extreme两个项目则是显卡在DX12游戏中的2K分辨率和4K分辨率下的性能指数,由于AMD Radeon RX 5700 XT并不支持实时光线追踪,所以没有加入Port Royal项目的测试。具体成绩见下表,表中所列成绩均为3DMark显卡单项的得分。

    性能对比

    通过以上性能测试的数据,综合取平均值,以RTX 3080的性能为基准的100分的话,则RTX 2070 SUPER、RTX 2060 SUPER和RX 5700 XT的性能指数如下表所示:

    满载功耗测试

    功耗测试用的是英伟达的PCAT工具,PCAT套装包括两个硬件以及一个软件。首先是一个PCI-E转接卡,这个转接卡特别之处在于上面有一个接口可以与下一个硬件连接起来,使PCI-E插槽的功耗可以被纪录下来;之后就是PCAT模块,这个模块上面有6个PCI-E 8P供电接口、1个OLED显示屏和一个用于接收PCI-E转接卡功耗讯息的4P接口。

    在4P接口那边的3个8P接口是连接到显卡上的,而对面的3个则是连接到电源上的,而上面的OLED屏幕就会显示实时的功耗讯息以及电压。

    有了改装过的PCI-E转接卡以及PCAT模块后就可以知道显卡的实时功耗了,但是如果是想更加全面的测试显卡功耗的话,那么还需要PCAT功耗分析软件。在这个软件中,可以看到从打开软件后探测到的显卡最高、最低、平均功耗,并且附有一张显卡功耗的实时图表,还可以选择在图表中显示哪一路的功耗。

    满载功耗

    将以上2分钟内各张显卡的瞬时功耗加总取平均值得到的平均功耗如下:

    可以看到,虽然基于新一代安培架构的RTX 3080显卡在性能上相比图灵架构的RTX 2070 SUPER、RTX 2060 SUPER和AMD的RX 5700 XT有巨大提升,但是同样的功耗方面也增加了很多。

    能耗比结果及总结

    由以上测得的性能对比和功耗对比我们可以计算出这四张显卡的能耗比指数如下:

    总结,先说一下RTX 2070 SUPER与RTX 2060 SUPER,这两张显卡基于相同的图灵架构打造,通过测试可以看到,尽管这两款核心的频率并不相同,但是由于GPU Boost的原因以及显卡本身的整体设计,它们的能耗比是一样的(不到1%的差距可视为测试误差)。

    而对于采用了全新安培架构和三星8nm工艺的桌面端RTX 3080显卡来说,其相对于上一代的图灵架构桌面显卡,在能耗比方面具有了12%的提升,相对于AMD的第一代RDNA架构桌面显卡,则是有18%的能耗比提升。

    作为最新安培架构家族中第一个与玩家见面的显卡型号,RTX 3080不论是在性能还是在价格方面都是为高端玩家带来了惊喜,通过之前的首发测试可以看到,面对目前的游戏环境,RTX 3080可以胜任任何游戏在最高画质下以60FPS稳定运行,可以确切的说,对于打算玩4K游戏的PC玩家,RTX 3080就是目前最合适的选择。

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