迟来的DX11王者！GeForce GTX 480/470全球同步首发详测

[面向图形的计算架构]

G80是NVIDIA的第一代GPU计算架构，其设计反映了人们对扩展GPU功能以解决高性能计算(HPC)问题的愿望，比如创新的共享存储器有助于加快矩阵乘法的计算速度，而矩阵乘法是诸多数学与物理效果算法的基础。

GF100的新一代计算架构则旨在满足各种各样的算法需求，并存进GPU在解决并行难题方面的应用和普及。凭借每个SM中的最多48KB一级缓存和全局共享二级缓存，在运行时中访问相同存储位置的线程会自动加速，不管它使用了哪种算法。

GF100计算架构针对游戏应用的另一大改进是调度。在游戏应用中，不会有单个内核占据主导地位，而是执行各种较小的内核，诸如布料、流体、刚体。在GF100上，这些小内核会并行执行，从而最大化地利用CUDA核心。

在利用计算的游戏之中，每一帧都会出现上下文切换，GF100将其时间缩短到了大约20微秒，从而保证每一帧多个内核之间执行精细的上下文切换。举个例子，一款游戏可能会使用DX11来渲染场景、切换至CUDA来应付选择性的光线追踪、调用DirectCompute内核进行后期处理、利用PhysX来执行流体模拟。

随着开发人员越来越多地将GPU用于通用计算，编程语言和调试方面的支持愈发重要。GF100是首款完全支持C++编程语言的GPU，而且NVIDIA还卡发了面向GPU的微软Visual Studio编程环境“Nexus”。

利用GPU计算实现的游戏画面特效相当多，这里我们只看两个。

(1)、光线追踪(TR)

光线追踪普遍被视为图形处理的未来发展趋势，即使不完全取代光栅化也应与其结合。如今随着GF100的问世，交互式光线追踪首次在普通PC上成为了可能。

GF100计算架构在设计之初就考虑了光线追踪。它是首款在硬件上支持双循环的GPU，能够高效执行光线追踪和其他大量图形算法。通过提升精细存储器的存取性能，GF100的一级和二级缓存大幅提升了光线追踪效率，其中一级缓存为邻近的光线增强了存储器的本地性，二级缓存则扩大了至显存的带宽。

GF100不仅在标准光线追踪中表现出色，而且在高级全局照明算法中也有不俗的表现，比如采用大量光线来收集场景中环境光照信息的路径追踪。早期评估显示，GF100的路径追踪性能是GT200的最多四倍。

光线追踪对硬件资源的消耗非常大，所以为了维持游戏性能，可以选择性地运营光线追踪，比如使用光栅化执行场景的第一个通道，确定为反射光的像素再通过光线追踪接受进一步处理，这种混合渲染模式能够在画质和速度之间取得更好的平衡。 

(2)、平滑粒子流体力学(SPH)

逼真的流体模拟一直是电影的卖点，比如《终结者2：审判日》中的液态金属机器人，比如《2012》中的滔天洪水，不过其计算复杂度阻碍了在游戏等实时应用程序中的普及。

平滑粒子流体力学(SPH)算法出现在2003年，来自天体物理学算法，最初能以5FPS的速度模拟5000个粒子。之后这种算法被集成在了PhysX API之中，又被收归NVIDIA帐下。去年的《雪域危机》是首款利用PhysX SPH的游戏，能够在极短的时间里模拟3万个水粒子，不能不说是一个突破，但数量依然不足，无法体现出以假乱真的流水效果，极高的代价也限制了性能。

GF100是首款能够实现高保真流体模拟所需性能的GPU，搭配改进型SPH解算器可模拟每帧12.8万个以上的SPH粒子，能够在游戏中加入高品质的SPH流体效果，生成较为自然的水花四溅、水漩涡和溢流效果，而且速度飞快，足以达到140FPS。 

另外借助不同的参数，SPH还可以用来模拟具有更高粘度和不同滴淌特性的血液。