安培、圖靈、RNDA比一比:三大架構顯卡能耗比對比測試

談起CPU、GPU的時候，性能功耗比是一個經常被提及的概念，一般都簡稱為「能耗比」，它表示的是一款產品的性能與其功耗的比值。功耗比更高，意味著「吃更少的飯，幹更多的活兒」，肯定更受消費者喜歡，而在GPU上要實現更高的功耗比，一般要從架構設計方面改進以增加效率或者在生產製造過程中使用更先進的製程來達到，當然，如果能雙管齊下就再好不過了。

詳細了解能耗比不簡單

英偉達新一代的RTX 30系顯卡，就採用了全新的安培架構並且使用了相比上一代圖靈顯卡更先進的三星8nm製程工藝，在官方的宣傳中，英偉達測試表明，在《控制》這款遊戲中，在60 FPS時基於圖靈架構的GPU所消耗的功耗是安培架構GPU的1.9倍，即安培架構顯卡在這裡表現出相對於圖靈顯卡1.9倍的能耗比提升。

不過對於詳細的了解能耗比，其實並沒有這麼簡單。

首先，對於同一張顯卡來說，它的能耗比其實並不是固定的，運行在不同核心頻率的時候，它的能耗比會變得不同。類似於上圖的曲線，可以將縱坐標理解為性能值（或者說不同的核心頻率），橫坐標就是功耗，如果功耗比是個定值的話，這條線應該是條直線，但是實際上這條線是一條斜率逐漸減小的曲線。

Max-Q顯卡的高能耗表現

英偉達的Max-Q顯卡更能明顯的說明這個問題。由於桌面端顯卡對於散熱與功耗的要求相對寬鬆，所以顯卡工程師對於桌面端顯卡的設計主要追求性能，所以桌面端顯卡一般會位於性能功耗曲線上較為右上方的位置，來提供最大性能。而移動平臺上則不一樣，它對散熱與功耗的要求嚴苛，並且對於遊戲筆記本來說，性能也不能太弱。

所以工程師會在性能功耗曲線上找到一個合適的位置，即能提供不錯的性能，功耗需求也不高，並以這樣的頻率來設計Max-Q顯卡。與桌面端顯卡相比，Max-Q顯卡在性能功耗曲線上的位置更靠左下方，斜率更大，也就是能耗比更高。

細看安培架構1.9倍的能耗比提升

這裡我們回到上面英偉達的那張宣傳圖，可以看到，上圖的1.9倍的能耗比提升是將圖靈架構的能耗比取在了較高的位置（圖靈曲線靠後的位置），而安培架構的能耗比取在了較中間的位置，這樣計算得來的結果也不能說錯，但是對於實際的情況來說，消費者買到的安培顯卡它的能耗比一般是不會位於曲線較中間的位置。

那麼我們怎麼探究能耗比呢？很簡單，我們以結果為導向，探究桌面端不同顯卡的能耗比的區別，我們就以買到的顯卡默認的性能和功耗的區別，來看他們的能耗比區別。所以也別管什麼GPU核心功耗、顯存功耗了，就看消費者買到兩張不同架構的顯卡，默認情況下使用，對於整卡來說，能耗比有什麼區別。

這裡再說一下，雖然同一代架構桌面端顯卡不同型號的頻率不一樣，但是由於GPU Boost的原因以及顯卡本身的整體設計，默認情況下能耗比是差不多的。本次測試我們就將圖靈架構顯卡選擇了兩款型號，分別是影馳RTX 2070 SUPER HOF Classic和影馳RTX 2060 SUPER金屬大師OC，讀者可以通過他們的能耗比表現驗證一下。

而新一代的RTX 30系顯卡，我們選用的是影馳RTX 3080金屬大師，此外，我們還對比了AMD的Radeon RX 5700 XT公版顯卡。

測試平臺

由於對比的顯卡中有支持PCIE 4.0的顯卡，所以還是選擇搭建了一套AMD平臺來進行測試，其中CPU為AMD 銳龍9 3900X，主板為ROG CROSSHAIR VIII FORMULA，採用了4根單條16GB的芝奇 皇家戟 DDR4-3600內存，並且測試過程中在BIOS裡打開XMP讓內存運行在3600MHz的頻率上，除此之外其他均為默認設置不做改變。至於其他硬體方面，如下表所示：

性能測試

由於遊戲性能測試對於完整的顯卡性能體現不夠精細，誤差較大，所以性能測試這裡只選用理論性能測試，我們以3DMark作為顯卡基準性能測試，測試項目包括Fire Strike、Fire Strike Extreme、Fire Strike Ultra、Time Spy、Time Spy Extreme共五個項目。

其中Fire Strike、Fire Strike Extreme、Fire Strike Ultra三個項目分別測試的是顯卡在DX11遊戲中的1080p解析度、2K解析度和4K解析度下的性能指數，Time Spy、Time Spy Extreme兩個項目則是顯卡在DX12遊戲中的2K解析度和4K解析度下的性能指數，由於AMD Radeon RX 5700 XT並不支持實時光線追蹤，所以沒有加入Port Royal項目的測試。具體成績見下表，表中所列成績均為3DMark顯卡單項的得分。

性能對比

通過以上性能測試的數據，綜合取平均值，以RTX 3080的性能為基準的100分的話，則RTX 2070 SUPER、RTX 2060 SUPER和RX 5700 XT的性能指數如下表所示：

滿載功耗測試

功耗測試用的是英偉達的PCAT工具，PCAT套裝包括兩個硬體以及一個軟體。首先是一個PCI-E轉接卡，這個轉接卡特別之處在於上面有一個接口可以與下一個硬體連接起來，使PCI-E插槽的功耗可以被紀錄下來；之後就是PCAT模塊，這個模塊上面有6個PCI-E 8P供電接口、1個OLED顯示屏和一個用於接收PCI-E轉接卡功耗訊息的4P接口。

在4P接口那邊的3個8P接口是連接到顯卡上的，而對面的3個則是連接到電源上的，而上面的OLED屏幕就會顯示實時的功耗訊息以及電壓。

有了改裝過的PCI-E轉接卡以及PCAT模塊後就可以知道顯卡的實時功耗了，但是如果是想更加全面的測試顯卡功耗的話，那麼還需要PCAT功耗分析軟體。在這個軟體中，可以看到從打開軟體後探測到的顯卡最高、最低、平均功耗，並且附有一張顯卡功耗的實時圖表，還可以選擇在圖表中顯示哪一路的功耗。

滿載功耗

將以上2分鐘內各張顯卡的瞬時功耗加總取平均值得到的平均功耗如下：

可以看到，雖然基於新一代安培架構的RTX 3080顯卡在性能上相比圖靈架構的RTX 2070 SUPER、RTX 2060 SUPER和AMD的RX 5700 XT有巨大提升，但是同樣的功耗方面也增加了很多。

能耗比結果及總結

由以上測得的性能對比和功耗對比我們可以計算出這四張顯卡的能耗比指數如下：

總結，先說一下RTX 2070 SUPER與RTX 2060 SUPER，這兩張顯卡基於相同的圖靈架構打造，通過測試可以看到，儘管這兩款核心的頻率並不相同，但是由於GPU Boost的原因以及顯卡本身的整體設計，它們的能耗比是一樣的（不到1%的差距可視為測試誤差）。

而對於採用了全新安培架構和三星8nm工藝的桌面端RTX 3080顯卡來說，其相對於上一代的圖靈架構桌面顯卡，在能耗比方面具有了12%的提升，相對於AMD的第一代RDNA架構桌面顯卡，則是有18%的能耗比提升。

作為最新安培架構家族中第一個與玩家見面的顯卡型號，RTX 3080不論是在性能還是在價格方面都是為高端玩家帶來了驚喜，通過之前的首發測試可以看到，面對目前的遊戲環境，RTX 3080可以勝任任何遊戲在最高畫質下以60FPS穩定運行，可以確切的說，對於打算玩4K遊戲的PC玩家，RTX 3080就是目前最合適的選擇。