真正的“理論”性能怎樣看待GPU浮點運算

目前的GPU都是由很多小處理核心，或者叫流處理器組成（圖1），這個核心比處理器核心簡單得多，每個時鐘周期只負責處理一個浮點數據，所以總的浮點運算次數就是核心數量×時鐘周期了（當前常見的GPU浮點運算單位一般是TFLOPS，即每秒浮點操作多少萬億次）。又因為現在的核心可以一次性處理一個雙精度浮點數據，它相當于兩個最基礎的單精度浮點數據，所以再×2就得到了GPU的浮點運算次數。國產GPU、英偉達RTX40系列和AMD RX 7000系列的理論性能其實就是根據其透露出的配置計算出來的理論浮點計算性能。

因為現在的圖像是分成像素點來處理的，每個點的色彩都要進行浮點運算，然后組合成一幅圖片（圖2），所以這個參數其實就說明了顯卡或者GPU每秒能處理多少個像素點。

回過頭來看看這個參數對游戲能力有什么關系。在分辨率確定后，每一幅畫面的像素點數量也就確定了，那么每秒處理的像素點越多，實際上每秒能處理的畫面數量當然就越多。這說明了什么呢？當然就是游戲的幀速（每秒畫面數）越高啦。沒錯，對使用同一代特別是同一核心的顯卡，算出它的浮點運算能力，基本就了解游戲畫面的生成速度了。當然，實際的游戲畫面生成速度還與CPU、內存等配件性能有關，但GPU的浮點運算速度仍然是決定游戲畫面生成速度的最大因素（見表1）。最終呈現到我們面前的游戲畫面幀速還會再受到顯卡輸出接口、顯示器刷新率的影響，但這就不在本文的討論范圍內了。

對于不同代甚至不同架構的GPU，這種對比就不合適了，比如RT X3080擁有兩倍于RTX 2080 Ti的浮點運算次數，幀速能達到RTX 2080 Ti的兩倍嗎？這就牽扯出了另一個問題，也就是核心的效率，因為誰也不能保證所有的核心或者流處理器能一直滿載、有效運行，它的實際發揮還要考慮到前端的分配、后端的合成、顯存數據等單元的配合（圖3）。

RTX 30系列的“問題”更大一些，它們實際上是讓每個核心中的整數運算單元也參加浮點運算（圖4），得到的成倍“理論”運算能力。但因為干的是非“專業”工作，整數單元的浮點運算效率肯定是不如專業的浮點運算單元的，加上前端的數據分配能力、顯存帶寬沒有跟著翻倍，所以效率大幅下降。最終我們可以看到，翻倍的理論浮點性能帶來的只是不到40%的實際幀速提升（見表2）。

現在大家應該知道了，RTX 40系列性能提升幅度真的只是理論上的，游戲幀速提升幅度不一定與其一致。AMD和英偉達這種相差更遠的架構就更不能直接對比了，比如R X 6800系列就以遠低于RTX3080/3070的浮點運算能力，得到了能抗衡甚至壓制它們的性能。

類似的還有國產GPU，它的設計目標是利用浮點計算能力滿足各種專業、商業計算的需求，極可能根本就不支持Direct 3D等消費級3D技術，當然也就不能直接玩大部分游戲，因此現在還無法用它們的理論浮點性能來討論游戲性能。