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NVIDIA GeForce RTX 4090显卡

NVIDIA GeForce RTX 4090显卡

NVIDIA GeForce RTX 4090显卡是NVIDIA在2022年9月20日面向台式电脑发布的一类旗舰级显卡。该显卡于2022年10月12日（北京时间）上市，首发价格为1599美元，非公品牌包括华硕、七彩虹、耕升、影驰、技嘉、映众、微星、索泰等。NVIDIA GeForce RTX 4090显卡（下文简称RTX 4090）在市场定位上主要面向游戏和内容创作领域，并支持光线追踪、DLSS 3等功能。

显卡规格上，这类显卡搭载AD102核心，拥有16384个CUDA核心数量，并且搭载了第三代光线追踪核心、第四代张量核心、其GPU的基础频率达到2235MHz，远高于GA102的1560MHz，而且GPU Boost频率也达到2520MHz（部分非公版RTX 4090的这一参数会更高），已经远超上代RTX 3090 Ti的1860MHz。显存方面，RTX 4090显卡搭载24GB GDDR6X显存，与RTX 3090 Ti相同，而且在显卡内存速率、位宽上两者也没有差别。此外，其他显卡接口规范、安装尺寸、TGP、供电和视频输出接口等方面，RTX 4090也与RTX 3090 Ti保持一致。

性能表现上，有权威媒体表示，在绝大多数当前的主流游戏性能上，GeForce RTX 4090相对于RTX 3090 Ti有50%~100%的性能提升，并且同比关闭DLSS的情况，开启DLSS 3之后，GeForce RTX 4090的游戏帧率可以达到3~5倍的提升程度，而且几乎不影响画质。在设计创作性能上，GeForce RTX 4090加入了支持AV1编码的双NVENC编解码器，影音视频编辑创作将会更加高效。同时在建模渲染能力上，RTX 4090相对RTX 3090 Ti也有40%~100%的性能提升。

10月17日，美国商务部工业和安全局（BIS）公布新的先进计算芯片、半导体制造设备出口管制规则，限制中国购买和制造高端芯片的能力，面向消费级市场的RTX 4090也在出口控制清单中。这一消息不仅引起热议，同时也致使RTX 4090在电子商务平台的价格一路飙升。

市场定位

得益于强大的AD102核心及24GB GDDR6X显存的加持，RTX 4090在游戏性能上相对于RTX 3090 Ti整体展现出了50%~100%的性能提升，基本达到了相对于RTX 3090 Ti的1.5~2倍的性能表现，所以RTX 4090在游戏性能，尤其是4K甚至8K分辨率的游戏性能上达到了顶尖水平。不过RTX 4090不仅是一种游戏显卡，因为它迎合了非常特定的群体，如其GPU加入了支持AV1编码的双NVENC编解码器。因此在某种程度上，它更像是英伟达 Titan，而不是GeForce显卡，因为它的规格和原始功能将使视频编辑器和内容创作者受益，并且NVIDIA还与众多内容创作的软件厂商合作（如Resolve、Voukoder、Adobe Premiere Pro），进行软件适配，以推广RTX 4090在内容创作领域的应用。

GPU架构概要

RTX 4090基于NVIDIA在2022年9月21日的GTC 2022上发布了全新的Ada Lovelace架构（下文简称Ada架构），该架构在GPC和SM规模、L2缓存、光追核心以及张量核心等方面进行了升级。

规模更大的GPC和SM

Ada架构目前最完整、规模最大的芯片被称为AD102。从组成结构来看，完整版本的AD102芯片拥有12个GPC（Graphics Processing Clusters，图形处理器集群），每个GPC拥有6个TCP（Texture Processing Clusters，纹理处理集群），每个TPC拥有2个SM（Streaming Multiprocessors，流式多处理器）和1个PolyMorph引擎，所以1个AD102总计拥有72个TPC、144个SM。存储部分采用的是384bit的GDDR6X控制器，一共布置了12个显存控制器，每个显存控制器可以控制32bit位宽。

从英伟达给出的架构介绍来看，在光栅化部分，也就是不涉及RT核心和张量核心的传统部分，AD102或者说Ada架构基本上是维持了之前Ampere架构的相同特性，并未有任何显著的功能和设计上的更改。Ampere架构在这部分的核心更改就是SM中的INT32核心和FP32核心目前被设计为多功能核心，因此全部都可以执行FP32指令，这是Ampere架构CUDA核心（名义上）的数量大增的最主要原因。Ada架构将其全盘继承，显示出英伟达在光栅化性能和功能方面本代不会有更大的功能调整或者架构更新了。

L2缓存容量增加

Ada架构的改革在缓存部分主要体现在L2缓存。AD102目前拥有98304KB的L2缓存，也就是96MB，相比之前GA102（即面向消费级市场的NVIDIA Ampere架构旗舰级GPU）所拥有的6144KB也就是6MB，大约是后者的16倍。英伟达解释道，如此巨大的缓存，将为所有GPU相关操作都带来巨大的收益，尤其是光线追踪、路径追踪等复杂的操作收益最为明显。在AD102上，NVIDIA通过增大L2来实现更合理的内存速率梯度，以提高片上数据命中率。毕竟之前的GA102 6MB的L2只能是聊胜于无，在24GB的本地存储空间面前，基本无法有效改善数据片上命中率，这次英伟达将L2提升至96MB，应该会带来显著的片上数据命中率的提升，这能够极大地提升GPU的运行效率，降低存储部分的压力，甚至电能消耗。

第三代光线追踪模块

针对Ada架构的第三代光线追踪模块，英伟达主要在Opacity Micromap、DMME以及SER这3个方面进行了升级。

Opacity Micromap

在Ada架构中，英伟达设计了一个名为Opacity Micromap（不透明微图单元）来进行透明状态检查。Opacity Micromap在运行中首先会生成一个由微小三角形组成的网格，然后用这个网格来标记物体透明或不透明。英伟达的数据显示，在RT核心中拥有Opacity Micromap后，遍历性能在拥有alpha通道的几何图形中，性能提高了一倍。这里的性能提升取决于使用情况，一般是经过alpha测试的阴影投射会带来最大的性能提升幅度。无论如何，新的Opacity Micromap能够更大限度地提升性能，使得设计人员可以更加自由地增加场景细节，从而带来更好的画面效果。

Displaced Micro-Mesh Engine

Displaced Micro-Mesh Engine是第三代RT核心的又一个重要功能，我们称其为置换微网络引擎（DMME）。在NVIDIA Ampere架构上，面对一个复杂的曲面，如果想得到逼真的光线追踪效果，那么分解的三角形平面是非常多的，多个三角形平面带来非常复杂的BVH，这就非常难以计算。而Ada Lovelace架构的处理方式就不一样，通过Displaced Micro-Mesh引擎，它将这些三角形平面仅通过一个三角形然后加上不同的位移图来表达，显著缩短了BVH的的构建时间，同时BVH的存储空间需求也减小了很多，而最终仍然能实现一样的光线追踪最终渲染效果。实际应用中由于Displaced Micro-Mesh引擎的存在，面对复杂物体的渲染，BVH的构建速度可以超过15倍，而存储空间的需求却可以小20倍之多，越是复杂的物体该引擎的优势就越能体现。

Shader Execution Reordering

光线追踪算法实际上这个过程中也存在分歧或者发散的问题，比如多重反弹、随机路径跟踪算法以及评估复杂的材料等，这类分歧对GPU的性能会产生影响。因此，在Ada架构中，英伟达设计了一种新的调度系统，被称为Shader Execution Reordering（着色器执行重排序，SER）来解决类似的问题。SER的功能就是，当这类分歧发生时，SER可以重新调度着色器的工作排序，从而避免部分着色器在等待中浪费算力和电能，以获得更好的效率和性能。英伟达宣称，SER能够带来RT核心高达2倍的性能改善，当然这是局部改善，对整体游戏而言，在《赛博朋克：2077》的RT：Overdriver模式下运行时，带来了44%的效能改善。

第4代张量核心

针对第四代张量核心，英伟达在Ada架构的白皮书上给出了简要介绍。实际上，Ada架构的这部分内容，基本上是移植于之前的Hopper架构，其特性包括相比Ampere，带来了2倍的FP16、BF16、TF32、INT8、INT4张量性能，加入了Hopper架构所独有的FP8 Transformer引擎，带来了最高超过1.3千万亿次的张量处理能力等。

AV1编码器

Ada架构中的第八代NVENC也就是硬件编码器目前整合了对AV1视频编码格式的支持，之前的Ampere只支持AV1的解码，而不含编码。新的AV1编码器在效率上比H.264编码器的效率提高了40%，也就是说，在相同的视频码率和质量下，H.264编码只能获得推流1080p分辨率的影片，但是AV1能够将推流分辨率提升至1440p，或者是在相同的分辨率和码率下，AV1能够带来更好的视频质量等，实现 AV1格式视频的编解码全部流程。

与此同时，Ada架构还继承了Ampere架构在视频能力方面的一切特性，包括NVENC编码器的特性，并针对OBS （Open Broadcaster Software，开放广播软件）进行优化包括AI加速的相关软件特性，即噪音消除、房间回声消除、虚拟背景等等。

GPU规格解析

作为基于Ada架构的旗舰级显卡，桌面版RTX 4090搭载的就是前文提及的AD102核心。它包含了11个GPC、共计16384个CUDA单元，相比GA102的10752个CUDA核心数，前者提升52%左右。与此同时，AD102的RT Cores（第三代）从上一代的84个提升到128个，第四代张量核心数量也在GA102的基础上提升52%左右，达到512个。而在GPU评论方面，AD102的基础频率达到2235MHz，远高于GA102的1560MHz，而且GPU Boost频率也达到2520MHz，已经远远超过了上代RTX 3090 Ti的1860MHz。要知道，部分非公版RTX 4090在出厂前会进行预超频，其GPU Boost频率会高优2520MHz，如某品牌采用水冷散热的RTX 4090显卡的GPU Boost频率达到2640MHz。显存方面，RTX 4090显卡搭载24GB GDDR6X显存，与RTX 3090 Ti相同，而且在显存速率、位宽上两者也没有差别。此外，其他显卡接口规范、安装尺寸、TGP、供电和视频输出接口等方面，RTX 4090也与RTX 3090 Ti保持一致。

产品功能

RTX 4090显卡支持光线追踪、NVIDIA DLSS 3、NVIDIA Reflex、NVIDIA Broadcast等功能，其中DLSS 3是这类显卡的核心功能之一。

NVIDIA DLSS 3

从原理上来说，DLSS是通过使用低分辨率渲染的画面为“材料”，利用之前通过超算训练获得的低分辨率至超高分辨率的AI模型，将低分辨率画面“计算”成高分辨率画面的技术。在应用了DLSS之后，并非所有的像素都是使用算力计算出来的，也有AI直接“生成”的，像素在这里实现了很大程度的“无中生有”。在DLSS 3上，英伟达宣称它包含了DLSS超分辨率技术、全新加入的DLSS帧生成技术和整合而来的NVIDIA Reflex，下文重点介绍DLSS帧生成技术。

DLSS帧生成技术的最大特点是，可以直接为游戏带来全新的帧，其运作模式也非常独特。英伟达首先提到了光流加速技术（Optical Flow Acceleration，简称为OFA），其执行的计算单元为OFE（Optical Flow Engine，简称为OFE）。在Ada架构上，英伟达启用了全新一代OFE。新的OFE可以提供300TOPS的光流工作算力，和之前的Ampere架构相比快了2倍多。由于OFE性能更强，英伟达通过OFE，并结合传统的游戏引擎运动向量，就可以带来更加精确、平滑和稳定的运动插帧计算效果，这就是DLSS 3中包含的DLSS帧生成技术的原理概述。简而言之，从“无中生有”像素，到“无中生有”整个帧，这种不通过SM和光栅化部分计算，就能直接新建帧画面的方法的确令人眼前一亮，这相当于将游戏画面视作视频进行处理和计算，有着革命性地改变。不过需要注意的是，只有RTX 4090及其他GeForce RTX 40系列显卡支持DLSS 3的所有技术，而之前的RTX 30、RTX 20系列是不支持DLSS帧生成技术的。

具体数据方面，英伟达的数据显示，Ada架构的GPU在使用DLSS 3、新的RT核心以及其他Ada架构增强的时候，比之前的产品最多可以提升4倍的性能。英伟达还提到，利用DLSS 3可以直接生成游戏第1帧3/4的像素以及整个游戏第2帧，接下来将循环这个过程，相当于使用1/8的算力，就完成了整个计算过程，极大地节约了系统资源、提高了游戏体验。

光线追踪

光线追踪是一种渲染技术，它的主要目的是通过计算光和渲染物体之间的反应，得到正确的反射、折射、阴影、间接照明等结果，从而逼真的模拟场景和场景内对象的光照情况。光线追踪计算的过程包含了很多内容，物体表面的材质和光滑程度、色彩、不同类型的反射和折射或者吸收光，都会影响最终的计算结果。逼真的场景计算除了和这些因素有关外，还和射入场景的光线数量有关，以及和材质交互后产生的二次光线数量。很多因素都影响射入光线数量，包括但不限于希望进行光线追踪的物体的数量和类型，以及GPU的计算能力等。

在实际效果上，光线追踪包含焦散、折射、反射、阴影、环境光遮蔽等多种渲染效果。其中，焦散效果是光线经光滑金属或透明物体表面反射/折射后，产生汇聚或发散，形成新的光源照亮周边的其他物体，而同常见的反射效果相比，折射效果更加难以模拟，当光线经过透明物体时，会发生多次折射和全反射，因此需要进行多次光追才能得到完整的效果。

NVIDIA Broadcast

NVIDIA Broadcast是利用AI来实现的一项有趣应用。它能将普通的摄像头和麦克风变成由AI驱动的智能设备，提供噪声消除、背景虚化、背景删除、背景替换和人像跟踪这几大功能。这一个功能需要借助GeForce RTX GPU上称为Tensor Core的专用AI处理器来实现。因此，想要体验NVIDIA Broadcast，你需要拥有一张搭载Tensor Core的GPU，如NVIDIA GeForce RTX 2060、Quadro RTX 3000、TITAN RTX。此外，NVIDIA Broadcast对其他硬件、驱动和操作系统也是有一定需求的。例如它需要至少8GB容量内存，处理器性能不能低于英特尔 Core i5-8600或AMD锐龙5 2600，同时还需要在Windows 10（64位）系统下安装456. 38或更高版本的NVIDIA显示驱动程序。

NVIDIA Reflex

NVIDIA Reflex是一款可以动态测量、降低竞技游戏延迟的技术，该技术能够通过提升GPU的运行频率和动态的降低渲染队列，并由此降低CPU反压，使得系统能够在最后时刻采样外设的输入数据，从而最大化提高系统的响应速度。而在玩家的直观感受上，NVIDIA Reflex带来的变化则是从点击鼠标到显示器画面产生对应变化的速度更快，所以这项技术能带来更符合实际操作水准且更为流畅的游戏体验。具体到实际游戏中，从《微型计算机》的测试结果来看，开启NVIDIA Reflex之后，《永劫无间》的平均系统延时降低了23%甚至更多。

实际性能

鉴于RTX 4090能应用在游戏和内容创作领域，所以对于这种显卡的性能，也将分别从游戏性能和内容创作性能来介绍。从下文的测试结果来看，RTX 4090相对RTX 3090 Ti的提升非常明显。

游戏性能

首先在理论性能上，RTX 4090相对RTX 3090 Ti的提升巨大。代表DX11性能的FireStike测试中，领先幅度最高超过了80%，而且随着分辨率越高，领先幅度越大，可见CPU在RTX 4090强大的性能面前已经逐渐出现了瓶颈效应。DX12部分，RTX 4090的领先幅度也接近80%。DXR光追部分，RTX 4090已经领先RTX 3090 Ti超过一倍了，毕竟128个第三代光追单元对84个第二代光追单元，本来就是压倒性的优势。在Port Royal中，RTX 4090也领先了80%以上。

从Tom's Hardware的测试结果来看，在4K分辨率下的光栅化游戏中，RTX 4090的整体性能相较RTX 3090 Ti领先约55%，同时相比RTX 3090和RTX 3080 Ti分别有71%和77%的整体性能优势。而在4K分辨率下的光线追踪游戏中，改媒体的测试结果显示，RTX 4090比RTX 3090 Ti 提升了 78%此外。《微型计算机》也表示：RTX 4090的光栅化游戏性能相对于RTX 3090 Ti提升幅度为50%~100%，十分可观。

光线追踪性能方面，在4K+极致光追的超高负荷压榨之下，RTX 4090相对RTX 3090 Ti的优势仍然非常明显。在《F1 2022》《消逝的光芒2：人与仁之战》中，RTX 4090实现了接近RTX 3090 Ti两倍的性能。其他不少游戏中，RTX 4090也保持了70%~80%的优势。

而在DLSS 3的游戏性能上，《微信计算机》的测试结果显示，在3DMark DLSS性能测试中，RTX 4090横向对比RTX 3090 Ti，其性能提升程度约为50%~70%。而对比RTX 4090开启DLSS 3与RTX 3090 Ti开启DLSS 2的情况，开启DLSS 3之后RTX 4090的游戏、渲染帧率表现再度翻倍。

内容创作性能

这部分性能上，《微型计算机》在Blender Opendata benchmark、Blender 3.1以及Octane Render这3个软件的多个测试场景中考察了RTX 4090的表现，结果显示RTX 4090相对于RTX 3090 Ti的性能提升幅度都在80%~100%。在3DS Max 2023和SketchUp Pro 2022的模型渲染测试中，搭配了最新的V- Ray渲染插件的情况下，《微型计算机》的测试结果显示，RTX 4090在这两款软件应用中相对于RTX 3090 Ti也有40%~80%的性能提升。

结果显示，在Blender中， RTX 4090比RTX 3090 Ti有了83%的提升。具体来说，在三个测试场景中，Monster的提升幅度超过100%，Junkshop和Classroom这两个测试场景中的提升幅度分别是 61%和 91%。此外，TechRadar也表示，在Adobe Premiere Pro的测试中，RTX 4090的得分也能明显高于RTX 3090 Ti，只是由于Adobe Premiere Pro的测试场景更倾向于衡量整机性能，所以RTX 4090与RTX 3090 Ti的性能差距，没有在Blender等软件那么大。

RTX 4090显卡的GPU是有英伟达生产，而非公版显卡的生产厂商则主要有华硕、技嘉、索泰、影驰、七彩虹等。

争议事件：RTX 4090限制出口

10月17日，有媒体报道称，美国商务部工业和安全局（BIS）公布新的先进计算芯片、半导体制造设备出口管制规则，限制中国购买和制造高端芯片的能力，并将中国GPU企业及其子公司列入了实体清单，面向消费级市场的RTX 4090也在出口控制清单中。10月18日下午，英伟达顶级旗舰显卡RTX4090全面下架等相关话题冲上热搜。经快科技调查，该型号的非公显卡电商店铺均显示无货状态。据中国香港知名PC网站HKEPC最新消息，关于RTX 4090显卡的禁令已作出澄清，美国商务部允许在出口消费性应用可申请豁免，因此可以在中国零售市场销售。消息源表示，RTX 4090可以在中国大陆、中国香港及中国澳门消费性市场零售。但不能输出RTX 4090芯片作商用及生产用途，这也意味着中国代工厂不能生产RTX 4090，但是玩家还能买到RTX 4090新卡。

随着美国针对中国半导体封锁进一步加码，NVIDIA RTX 4090旗舰显卡成为关注焦点，各个平台都陷入了缺货甚至断货的状态，价格也是一路飙升。截至2023年10月19日，RTX 4090在京东集团、天猫/淘宝、抖音、上海寻梦信息技术有限公司等各个平台上都一卡难求，官方店铺纷纷无货，第三方店铺就算有货也肆意加价。多平台上的RTX 4090普遍都被加价到了2万元以上，超过3万元的也不在少数，最高达到了惊人的4.5万元，甚至一度有商家标出了49999元的天价。

2023年11月，英伟达已经从中国大陆区官网上删除了GeForce RTX 4090，相同页面上不会再显示了，也印证了11月17日这个时间节点。

媒体评价

无论是游戏性、视频创作性能，甚至是专业内容创作性能，GeForce RTX 4090都有着大幅度的提升，可以说是硬生生的把桌面级的旗舰显卡水平拉到了新高。同时其功耗与温度表现还相当的理想，真能做到了同功耗下比上代旗舰达到2倍能耗比的提升——PConline

无论是游戏性能还是设计创作性能，它都堪称当前消费级显卡之最，而且将上一代的卡皇RTX 3090 Ti以50%~100%的性能领先幅度甩在了身后。其实我们甚至觉得只需要一个DLSS 3，就足以让RTX 4090高处不胜寒了，也足以满足无数玩家一年多时间对RTX 40系GPU的期待——《微型计算机》

毫无疑问，它兑现了英伟达在发布前做出的许多崇高承诺，提供了惊人的新一代性能改进，这更像是一场革命，而不是进步——Tom's Hardware

RTX 4090 毫无疑问是PC游戏玩家能买到的最强大的显卡，与 RTX 3090 相比，前者提供了令人难以置信的新一代性能改进，甚至让RTX 3090 Ti相形见绌——GamesRadar

根据我们的测试结果，RTX 4090在1080P分辨率下，大多数3A游戏中的运行功耗在200~250W之间；2K分辨率下的功耗约为310W左右，很难超过330W；即使到了4K分辨率，它的运行功耗也在380W之下。综合14款游戏的测试成绩，RTX 4090在4K分辨率下较RTX 3090 Ti快了52%，比RX 6950 XT快了66%——快科技

全新的DLSS 3、更强的光线追踪性能、第三代RT Core的有效光线追踪计算能力达到191 TFLOPS，是上一代产品2.8倍。另外强大的AI性能对于后期制作和视频直播用户来讲，可大幅提升工作效率和使用体验。NVIDIA RTX 4090显卡这样的一颗新核弹，带来了巨大的性能飞跃，对于GPU市场的震动无疑是巨大的。回到这款显卡本身NVIDIA RTX 4090显卡完全横扫现在市面上所有在售的游戏显卡，它几乎没有短板，无论是性能、颜值还是散热,都可以满足大多数人的日常使用——3DMGAME