十年磨劍，Nvidia第一款光線追蹤GPU登場，瞄準VR趨勢，要讓即時成像更真實

全球最大的電腦圖學和互動技術大會SIGGRAPH 2018年度大會今年三度在溫哥華舉行，GPU技術龍頭Nvidia執行長黃仁勳，在SIGGRAPH第二天也舉辦了一場新產品和技術發表會，正式發表了Nvidia第8代新GPU架構Turing（圖靈），也推出了採用此架構的第一款具備光線追蹤運算力的GPU顯示卡Quadro RTX和伺服器Quadro RTX Server。

黃仁勳強調，RTX GPU是世界第一款光線追蹤GPU（Ray Tracing GPU），採用了Nvidia最新第8代的GPU架構Turing架構（圖靈）。

光線追蹤是源自1979年電腦科學家Turner Whitted一篇論文，他提出了光線追蹤的電腦圖形計算新演算法架構，改從追蹤光線在不同表面上的反應，來模擬真實世界的光影變化。透過追蹤光線碰到物體表面時產生的反射、折射和陰影效果，再加上光線繼續遇上其他物體於場景中所有光線互動的情況等。當年他已經可以做出每秒64個像素的光線追蹤幾何圖形影片。

但就算到了去年，要做到即時光線追蹤的計算，仍舊是一大難題，只能透過大量運算事前產生，尤其在VR虛擬世界，這是一直無法實現的技術門檻，無法即時創造出如真實世界般的立體影像體驗。

黃仁勳指出，皮克斯開啟了電腦動畫時代，也反映出創意產業爆發式的成長，但CPU的進展如摩爾定律所描述，越來越緩慢，唯有GPU效能的進展，也同樣是爆發性的指數成長。

攝影／王宏仁

RTX GPU採用了Nvidia第8代新GPU架構Turing，除了SM多核心處理器外，也內建張量核心Tensor Core，還新增加了光線追蹤核心RT Core負責光線追蹤計算。

即時光線追蹤是電腦圖形計算聖杯

為了實現即時真實影像的能力，電腦從圖形模擬開始，在Nvidia推出GPU之後，開始可以計算材質、進行模擬，後來可以進一步進行角色模擬（Character Animation），甚至結合AI後可以進行臉部表情模擬（Facial Animation）。 但是，即時光線追蹤的計算一直是個難題，遲遲無法實現，黃仁勳指出，光線追蹤可說是電腦圖形計算的聖杯。

直到在今年3月，Nvidia先在GTC大會上發表了光線追蹤框架RTX，來加快即時光線追蹤的計算。可以利用現有GPU的運算力，來執行RTX框架需要的計算，從而實現了即時光線追蹤的計算。

為了展現即時光線追蹤的效果，Nvidia今年3月還展示了一段《星際大戰》光線追蹤特效示範短片Reflections，來呈現即時光線追蹤的光影渲染效果。

從短片中，反映在兩位衛兵金屬盔甲上的光影渲染效果，利用即時光線追蹤計算產生的陰影和反射、折射效果，顯得格外真實。3月當時，為了製作這個短片，Nvidia利用了配備4個人工智慧專用的Volta GPU以及價值7萬美元的人工智慧工作站DGX Station才得以實現。

不過，這個軟體上的即時光線追蹤成果，不到半年，Nvidia就隨即實踐在新的GPU產品上，而且再度被超越了，現在只需用單張新推出的光線追蹤GPU卡Quadro RTX 8000就能做到。

Nvidia花了10年，上萬名工程師，累積一層層技術才打造出這款光線追蹤GPU。他甚至用了新的單位每秒追蹤光線數，來描述RTX GPU的新能力，黃仁勳說，RTX最大可追蹤到每秒10 Giga道光線（100億道），整體計算能力可以達到16 TFLOPS，每秒500兆次張量計算，GPU也採用了NVLink傳輸技術，每秒可傳輸100Gb資料。

RTX GPU所採用的第八代GPU架構Turing，除了SM多核心處理器外，也內建張量核心Tensor Core，另外還新增加了光線追蹤核心RT Core負責光線追蹤計算，最大可提供125 TFLOPS的半精度浮點數計算。RTX GPU可以提供8K即時影音編碼，傳輸介面上也支援USB Type-C以及Nvidia最新提出的VR介面標準VirtualLink。

攝影／王宏仁

Nvidia在SIGGRAPH發表會上也展示了同一張圖，透過不同圖形運算技術處理過的效果，從左上角的傳統圖形處理，最右下角最後一張，就是運用RTX GPU，來實現即時光線追蹤和AI降噪處理的成果，甚至還運用了大量記憶體來實現全域照明。

RTX GPU是為了VR打造的GPU

Nvidia資深副總裁Tony Tamasi指出，Nvidia早在10年前開始研究光線追蹤技術，5年前開始展開架構設計，但要拿捏光線追蹤計算和AI計算能力的搭配，也就是RT Core和Tensor Core的搭配，因為RTX GPU完全是為了VR而打造的GPU。而RTX伺服器鎖定的目標是內容產業和數位創意社群，甚至可以支援多人共用。不像DGX人工智慧伺服器，主要鎖定AI科學家訓練AI模型之用。

Tony Tamasi一席話，點出Nvidia兩大企業級GPU產品線和伺服器的定位。RTX將主攻VR應用，而DGX則以AI應用為主。黃仁勳更指出，全新的Turing架構將推生出一個2,500億美元的影像特效產業，遍及設計、數位內容、建築、模擬、電影和娛樂業。

新一代光線追蹤GPU產品線將先推出3款Quadro RTX顯示卡，這也是第一款使用三星超高速GDDR6記憶體的顯示卡，包括了單卡內建16GB記憶體的RTX 5000（內建3,072個CUDA核心和384個Tensor核心，可提供每秒6 Giga Rays），售價2,300美元（臺幣6.9萬元），24GBk的RTX 6000（內建4,608個CUDA核心和576個Tensor核心，可提供每秒10 Giga Rays），售價6,300美元（臺幣18.9萬元），以及最高階內建48GB記憶體的RTX 8000（同樣內建4,608個CUDA核心和576個Tensor核心，可提供每秒10 Giga Rays），要價10,000美元（臺幣30萬元）。Quadro RTX GPU可兩張透過NVLink串連，達到記憶體倍增，例如兩張RTX 8000最大可提供96GB的全域照明計算（Global Illumination）。除了Quadro RTX顯示卡之外，Nvidia後來8月中又發表了 同樣採用Turing 架構的RTX遊戲用GPU，包括三款GeForce RTX 2080 Ti、2080 與 2070 GPU顯示卡。Nvidia預計第四季開始出貨RTX GPU，先提供給OEM供應商，包括Dell EMC、HPE、HPI和Lenovo或其他系統供應商。

Nvidia還同步發表了RTX伺服器，內建Quadro RTX 8000，一臺RTX伺服器可安裝8張RTX顯示卡，兩兩串連。在功耗上，4臺各內建8張GPU卡的RTX伺服器，約需要13kW。結合新的Quadro Infinity軟體，還可以支援遠端控制或多個虛擬機器共享同一個RTX GPU。目前包括Dell Precision工作站，HP Z工作站，HPE ProLiant伺服器，以及聯想的ThinkStation和ThinkSystem，都支援Quadro RTX產品。

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