GeForce RTX 30系列除了具備顯著進步的效能外，NVIDIA 所採取的價格策略、產品定位等等，跟過去的 GTX 10、RTX 20產品，各方面都有著非常大的不同。對於電腦玩家與遊戲界來說，RTX 30 GPU 擁有劃時代的意義，但這當中究竟又有哪些新技術、黑科技，是消費者購買之前一定要知道的呢？
顯示卡市場風雲再起
電腦資訊產品領域近年出現了蠻長一段時間的效能停滯，無論 CPU 或 GPU，核心零組件每年的進步幅度都不夠大，價格更因為各種因素，例如虛擬貨幣挖礦潮、手機零件產能爭奪等等始終居高不下，進而帶動了電腦硬體零組件消費成本的平均增長。
在這一段期間當中，熱愛DIY、追求極致運算效能的電腦發燒友，心情多少有點煩悶，但隨著處理器領域開始打起「紅藍大戰」，顯示卡方面則隨著 NVIDIA GeForce RTX 30系列正式推出，出現了許久不見的討論聲量與激情。
帶動4K遊戲普及化
一直以來，電腦玩家所追求的都是「如何穩定於幀率下取得最高品質的遊戲畫面」，過去的1080P、60FPS 早已滿足不了玩家，消費者紛紛朝向4K畫質邁進，但卻因為顯示卡等核心硬體的效能極限，始終無法具備足夠流暢的遊玩體驗。
仰賴晶片製程的進步，更強大的硬體規格、更聰明的系統架構隨著 GeForce RTX 30系列一同誕生，流暢的4K遊戲終於成為合理且可行的現實。
效能翻倍但價格不變
處於顯示卡領域龍頭地位的 NVIDIA，在正式發表 GeForce RTX 30系列之前，許多消費者都擔心這家公司會不會「坐地起價」，把購買 GPU 所需要付出的成本推到全新「高」度。
不過從最終結果來看，NVIDIA 確實比外界想像中更加「佛心」，在幾乎沒有漲價的情況下，為玩家帶來效能更強大的新產品，大幅降低了4K遊戲的入門門檻，詳細內容後文將有所提及。
完整的遊戲解決方案
除了消費者最在意的效能與價格，NVIDIA 其實還為 GeForce RTX 30系列賦予了許多重要任務，而且有許多方面即便玩家現在已經購買了顯示卡，仍然無法完全享受得到。
舉例來說，光線追蹤與 DLSS 在 RTX 30系列擁有更強大的運算能力，配合 NVIDIA 與遊戲廠商共同打造的生態圈，未來將會變得更加實用。
架構改革核心加倍
全新的 NVIDIA GeForce RTX 30系列顯示卡，初期只推出了三種型號，分別為 RTX 3070、RTX 3080與 RTX 3090。由於是新世代顯示卡，所以 NVDIA 也為 GPU 打造了全新的安培（Ampere）微架構。
相對於前一代的圖靈（Turing），安培微架構在基礎設計上沒有太大變化，依然保留了串流多處理器（Streaming Multiprocessor， SM）的概念，一個 SM 中則包含 CUDA 運算單元（Shader Core）、光線追蹤核心（RT Core）與負責 AI 運算的 Tensor Core。
CUDA數量大暴漲
若是將 RTX 3080與 RTX 2080 Super進行比較，可以發現前者的 SM 數量從48增加到68組，資料寬度則增加2倍，每時脈周期能夠進行128次乘積累加（FMA）運算。CUDA 核心數方面，RTX 3080大幅飆漲至8,704個，過往的 RTX 2080 Super 只有3,072個，成長幅度相當可觀。
過去在圖靈微架構下，每個 SM 中的 CUDA Core 擁有專屬的整數（ INT32）與浮點數（ FP32）運算區塊，但到了安培微架構，原先僅負責 INT32運算的區塊，則能夠按照程式或遊戲的需求，動態切換成 FP32浮點運算，因此計算下來 RTX 30系列即擁有了暴漲的 CUDA 數量，這方面即是 NVIDIA 的「取巧」。
光線追蹤核心倍增
光線追蹤方面，NVIDIA 為安培世代顯示卡換上了第二代 RT Core 硬體運算單元，透過硬體反覆迭代的方式取代多次軟體運算，藉以提升執行效率。
第二代 RT Core 也導入「時域多邊型」偵測單元，能判斷在極小時間差之內的多個畫格中，多邊型是否被光源碰觸，藉此達成加速、同時開啟光線追蹤與動態模糊時的效能表現，相較於前代技術最大可提升達8倍光線追蹤運算效能。
第三代Tensor Core輔助 AI
最後在負擔 AI 運算與深度學習的 Tensor Core 部分，雖然 RTX 30系列每個 SM 中 Tensor Core 數量降為前代 GPU 的一半，但受益於稀疏矩陣（Sparse Matrix）的支援、FMA 運算加倍與 SM 總數提升等因素，效能提升仍有前代2倍之多。
附表為 RTX 30系列首波三張顯示卡的基本資料，筆者特別附上前一世代的 RTX 2080 Ti 做為參照，方便對比硬體上的主要變化。
|
顯示卡 |
GeForce RTX 3070 |
GeForce RTX 3080 |
GeForce RTX 3090 |
GeForce RTX 2080 Ti |
|
微架構世代 |
安培（Ampere） |
圖靈（Turing） |
||
|
採用製程 |
三星8奈米 |
台積電12奈米 |
||
|
SM 數量 |
46 |
68 |
82 |
68 |
|
CUDA 數量 |
5,888 |
8,704 |
10,496 |
4,352 |
|
RT Core 數量 |
46（第二代） |
68（第二代） |
82（第二代） |
68（第一代） |
|
Tensor Core 數量 |
184（第三代） |
328（第三代） |
272（第三代） |
544（第二代） |
全新世代傳輸介面
雖然目前在消費級 CPU 領域，僅有 AMD 陣營支援 PCIe 4.0技術，但顯然 NVIDIA 非常明白，唯有更快的傳輸速度才具備更有潛力的應用。
此外，NVIDIA 與美光共同研發的 GDDR6X 記憶體，這次也被放上了 RTX 3080與 RTX 3090系列產品，再為顯示記憶體世代向前推進。
PCIe 4.0帶來效能提升？
理論來說，PCIe 4.0 x16有能力提供高達32GB/s的峰值頻寬，即 PCIe 4.0 x16的兩倍，能為顯示卡帶來更快的資料傳輸速度，但根據大多數的實測與 NVIDIA 說法，目前 RTX 30系列 GPU 無論安裝於 PCIe 3.0或 PCIe 4.0介面上，實際運行效能差距都非常之小，頂多只有個位數百分點差別。
換句話說，即便消費者目前仍使用 INTel 品牌處理器，暫時也不需要擔心 RTX 30系列顯示卡的 PCIe 4.0相容性問題，就連執行效能亦不會有所折扣。
進階版GDDR6X記憶體
顯示記憶體選用上，NVIDIA 考量成本因素，RTX 30系列並未採用 HBM 記憶體，分別於 RTX 3070搭載 GDDR6、RTX 3080與 RTX 3090搭載 GDDR6X。
雖然說並非 JEDEC 的標準規範，而是 NVIDIA 與美光科技共同研發的進階版記憶體，但 GDDR6X 可以在傳輸過程中使用4種不同電壓狀態，進而在單一時脈周期傳輸更多資料。 GDDR6X 導入的 MTA 編碼（Max Transition Avoidance Coding）技術，有效提高訊號清晰度，讓電壓能獲得更加平滑的調整。
顯示記憶體少不成問題
在 NVIDIA 公布 RTX 30系列顯示卡後，有部分玩家認為，RTX 3080搭配的10GB記憶體跟 RTX3090的24GB差異過大，對此 NVIDIA 表示，這同樣是為了成本因素而做出的決定。
為了維持 RTX 3080的性價比，減少顯示記憶體為必要的犧牲，但並不代表它會過度影響玩家的遊戲體驗，軟體與遊戲都可以透過最佳化，進而管理顯示記憶體的消耗。
光追與 AI 不再雞肋
從 GeForce RTX 20系列開始，NVIDIA 就為消費級顯示卡賦予了全新任務，那就是硬體光線追蹤跟 AI 深度學習運算，不再一味追求效能上的提升，而是希望透過專業分工來提升使用體驗。
流暢的4K畫質體驗
今年 NVIDIA 將 RTX 30系列 GPU 定位於4K遊戲顯示卡，這代表過往的1080P、2K畫質，已經不符合玩家的需求。從數字上來看，受益於新架構所帶來的幫助，RTX 3080在多款不同的遊戲與程式中，都能夠擁有比 RTX 2080 Super 高出1.5至2倍不等的效能表現。
AI 輔助DLSS 2.0反鋸齒
NVIDIA 希望透過 DLSS 來輔助4K解析度以上遊戲畫面的幀率輸出，這種取巧的方式於 RTX 20系列配合 DLSS 1.0時還看不出優勢，但到了 RTX 30加上 DLSS 2.0就擁有完全不同等級的發揮。
參考 NVIDIA 的官方說法，他們認為 DLSS 能帶來比原生解析度更好的視覺體驗。舉例來說，繪製1080P的遊戲畫面並透過 DLSS 升頻至4K、8K，其效果會比直接繪製4K、8K來得更好，系統資源占用更大幅下降。
光線追蹤總算夠實用
過去玩家面對遊戲中的光線追蹤選項是又愛又恨，愛的部分是一旦開啟了 RTX 功能，整個畫面就如同重獲新生，但恨的部分則是光線追蹤幾乎絕對會導致遊戲幀率下降，即時演算為硬體帶來的巨大壓力。
受惠於數量追加且效能進化的第三代 RT Core 與協同功能，RTX 30系列終於能夠避免「開了 RTX 選項就卡到不能玩遊戲」的窘境。
小留一手預戰未來
在 GeForce RTX 30系列發表時，NVIDIA 也一併介紹了除了 DLSS 與光線追蹤以外的新技術，包含 RTX I/O、AV1硬體解碼、創作者工具 Omniverse Machinima、直播軟體 AI 降噪及 Reflex 低延遲技術。
全新Reflex低延遲技術
電競螢幕的更新率從120Hz不斷上升，近期更出現了360Hz的產品。NVIDIA 認為光從螢幕面板下手提升反應速度還不夠，藉由 Reflex 技術最佳化處理器與顯示卡之間的繪圖管線，最多將能夠發揮降低50%延遲的效果，大幅增加玩家優勢。
RTX I/O加速讀取
DirectStorage 是 DirectX 的API之一，在次世代主機 Xbox Series X/S 已經得到應用，微軟取名為 Xbox Velocity Architecture。透過降低每次存取的效能虛耗，批次平行處理多個存取需求或先行壓縮檔案，降低整體 I/O 量，充份利用儲存裝置的所有管線。
RTX I/O 即是 DirectStorage 的實作，讓 GPU 直接讀取儲存在 SSD 中的資料，然後於顯示卡上進行解壓縮。若使用 HDD 搭配無壓縮資料，遊戲讀取時間將長達62.13秒；若改為 NVMe SSD 搭配壓縮資料，讀取時間為5.25秒；但當 NVMe、壓縮資料加上 RTX I/O ，載入遊戲最短僅需1.62秒。
AV1格式硬體解碼
由眾多科技巨頭組成的「開放媒體聯盟」（Alliance for Open Media）所推出的AV1格式，力圖取代H.265（HEVC）。AV1相對於 WebM（VP9），足以提高30%的檔案壓縮率，對照H.265相同畫質則有20%容量上的進步，YouTube、Facebook、Netflix 等平台都已相繼投入支援，甚至考慮於未來全面取代舊編碼。
RTX 30系列顯示卡都有能力硬體解碼AV1格式，最高達10-bit色深、8K×8K（8192×8192）解析度，但仍然不支援AV1影片編碼（Encode）。
好顯卡還得配上好電供
正如先前傳言消息，NVIDIA GeForce RTX 30系列的電力消耗十分可觀。由於效能大幅提升加上採用三星8奈米製程，即便是早就已經用上獨立顯示卡的電腦玩家，也不免被 RTX 30顯示卡激進的電力需求感到驚訝。
基本需求瓦數暴增
NVIDIA 公版（創始版）RTX 3070、RTX 3080與 RTX 3090顯示卡的標示功耗，分別為220W、320W與350W，官方建議消費者系統所需要的電源供應器瓦數，則分別是650W、750W、750W，無論何者絕對都稱得上是歷來之最。
按照習慣，NVIDIA 給出的官方建議數據都非常保守，實務上電腦玩家若希望安裝 RTX 3080，則準備750W的 PSU 絕對不夠用，起碼得從1000W、1200W以上挑選，才能確保整個平台在高效能運轉時的穩定作業。
全新12-Pin電源介面
考量到過往的8-Pin 電源接頭，會佔據顯示卡 PCB 過多的空間，NVIDIA 於是在公版卡上推出了全新的12-Pin 接頭。以 RTX 3080、RTX 3090來說，公版卡所安排電源插座的位置非常有趣，斜向內嵌於顯示卡的正中心，其占用體積的確非常小。
為了方便消費者應用現有的電源供應器，NVIDIA 在公版卡銷售包裝內，都附上了傳統 PCIe 8-Pin 轉12-Pin 的連接線。
12-Pin 未來會成主流嗎？
NVIDIA 以公版廠商的姿態換上12-Pin 電源接頭，確實是件耐人尋味的事情，雖然說官方的出發點僅為了節省主機板的可用空間，同時也讓卡型設計變得好看。
到目前為止，其他合作廠商所推出的 RTX 30系列產品，都還沒有與 NVIDIA 一樣利用12-Pin 電源接頭，畢竟 PCIe 8-Pin 已經是長時間以來的共同標準，短期內也難以撼動。更換接頭涉及整個硬體生態系的改變，NVIDIA 的想法能否發揮足夠效果，則還需要更多時間進行觀察。
附表為 RTX 30系列公版卡的尺寸資料與電源相關數據，官方建議的需求電力瓦數通常為最低要求，系統若要穩定運行必須再往上加。
|
NVIDIA RTX 30創始版 |
GeForce RTX 3070 |
GeForce RTX 3080 |
GeForce RTX 3090 |
|
長度（公分） |
24.2 |
28.5 |
31.3 |
|
寬度（公分） |
11.2 |
11.2 |
13.8 |
|
PCI卡槽佔用 |
2-Slot |
3-Slot |
|
|
顯示卡功率 |
220W |
320W |
350W |
|
需求電力系統 |
650W |
750W |
750W |
|
電源連接介面 |
1組 PCIe 8-Pin |
2組 PCIe 8-Pin |
|
|
附註：創始版（公版卡）系列皆隨附一組12-Pin 電源轉接頭 |
|||
大體積高廢熱效能怪物
隨著超高瓦數電力消耗而造成的問題，莫過於廢熱產出跟顯示卡本身體積的增長。無論是 NVIDIA 或合作廠商，GeForce RTX 30系列的「熱情」都成為了巨大的挑戰，究竟該如何設計出一個合宜的散熱解決方案，各家都有不一樣的看法與思考邏輯。
如何導引熱量是關鍵
身為創始廠商，我們不妨先來研究 NVIDIA 如何為公版卡打造散熱機制，參考官方解決方案的設計理念。
為了要壓制 RTX 30系列顯示卡的溫度，RTX 3080與 RTX 3090採用了全新設計，顯示卡前端的風扇用來將氣流從擋板區域直接排出，後端則為「貫通式」設計，讓吸入的氣流直接穿透顯示卡的散熱鰭片，並將廢熱透過機殼上半部的風道排出。
NVIDIA 公版卡雙風扇一吸一排的設計，雖然看起來相當聰明，但卻非常強調使用者電腦主機內部空氣的流通，事實上也僅適合一般的機殼構造，對於喜歡小主機的消費者來說相當不利。
顯示卡體積問題
早早捨棄渦輪風扇設計的 RTX系列公版顯示卡，在 RTX 30系列的體積成長上可以說是變本加厲。無論 RTX 3080或 RTX 3090，跟過去的產品比起來都變得更厚、更長，加大了金屬鰭片的面積，當然這一切也是為了散熱。
以 RTX 3090公版卡而言，其高度需要佔據整整三個 PCI 卡槽，寬度達13.8公分，長度則更是離譜的31.3公分，中小型的機殼肯定是裝不進去；即便是 RTX 2080，其長度也有27.5公分，同樣得佔據兩個卡槽。
為了因應散熱需求，即便是第三方廠商的 RTX 30系列顯示卡，也都有加厚、加長的趨勢，對於部分偏好小主機的玩家來說，這效能強悍的怪物的確帶來了一些困擾。
全新定位價格更甜蜜
以結論來說，NVIDIA 此次為新產品所開出來的售價，十分令全球玩家感到滿意，甚至還可以說有些驚喜，終於使消費級顯示卡的價格回到正軌，同時也代表著虛擬貨幣挖礦潮的影響大致結束，更給競爭對手 AMD 增添了不小的壓力。
全新的產品線規劃
NVIDIA 為 RTX 30系列規畫了與前代稍微不同的產品定位。RTX 3070、RTX 3080在命名上分別取代 RTX 2070跟 RTX 2080，前後代產品官方定價相同，但 NVIDIA 卻追加了過去沒有的 RTX 3090產品線，並沒有對應的前代產品能夠參考。
有消費者認為，RTX 3090應該對應到 RTX 2080 Ti，但 NVIDIA 否認了這個說法。官方將 RTX 3090定義為 BF GPU （Big Ferocious GPU，大型兇猛 GPU），產品定位對應到 Titan RTX，及擁有更龐大的運算資源，更多的顯示記憶體，同時兼具頂級遊戲卡與專業工作卡雙重身份。
價格取向與競爭
雖然 RTX 3070與 RTX 2070的售價同樣為499美元，但是在效能方面，根據目前已經曝光的實測資料，RTX 3070卻有機會逼近前代旗艦卡 RTX 2080 Ti，甚至在部分情境下，直接打贏 RTX 2080或 RTX 2080 Super，這就使得同樣的499美元看起來更加超值，擁有莫大的吸引力。
同理，RTX 3080的效能足堪超越1,200美元的 RTX 2080 Ti，甚至有著逼近 Titan RTX 的潛力，但卻僅有699美元的售價，價格對半砍自然擁有超級強大的競爭力。
再見了Quadro繪圖卡
隨著安培微架構步上軌道，NVIDIA 也依照慣例更新專業繪圖卡的產品陣容，例如近期推出的 RTX A6000。值得注意的是，這張原本應該被列入 Quadro 品牌產品，卻沒有被冠上應有的名稱前輟，僅單純使用了 RTX。
根據外媒報導，NVIDIA 正計畫退役 Quadro 和 Tesla 兩個專業繪圖卡的子品牌，不再將專業繪圖卡如同消費級遊戲卡那樣，透過 GeForce 和 Titan 進行用途區分。
非公版客製卡關注重點
由於台灣並沒有上市 NVIDIA 的 GeForce RTX 30系列公版顯示卡，所以大多數的消費者，都只有第三方 AIC 合作廠商所推出的客製卡可以選擇。目前，包含「台廠三雄」華碩、技嘉、微星，以及 ZOTAC、EVGA、INNO3D 等，皆於最短時間內推出了自製卡，消費者可以至通路依需求進行選購。
上市後即發生電容門
根據許多已經入手 RTX 3080使用者的回報，當顯示卡需要執行重負載任務，必須在較高頻率進行運作時，電腦有機會因此出現程式閃退、直接關機或重開等不穩定狀況。
經過外媒的調查與推測，導致 RTX 3080在高頻率下不夠穩定的原因，很可能是由於各家廠商客製卡所選用的電容類型差異所導致，因而引發一連串關於 POSCAP（鉭聚合物電容）、SP-CAP（鋁聚合物電容）跟 MLCC（多層陶瓷電容）等材質優劣的相關辨論。
在電容門的發展過程中，華碩與 EVGA 都曾發出聲明表示，他們於自製卡開發過程中，的確發現電容材質會使 RTX 3080在超頻效果上出現差異，所以各自採取了不一樣的電容組合。
釋出驅動解決問題
只不過有其他廠商指出，事實上只要 RTX 30系列自製卡符合 NVIDIA 規範進行設計，無論採用哪一種電容材質，都不會影響到產品品質。例如技嘉就表示，顯示卡運作穩定與否，需要通盤衡量整體的線路和供電設計，並非僅討論電容用料差異。POSCAP、SP-CAP 或 MLCC，三種電容材質特性皆有不同，並沒有孰優孰劣的問題。
在電容門延燒數天之後，NVIDIA 最終釋出 GeForce 456.55驅動程式，修復了 RTX 3080顯示卡在高頻率運作下的不穩定問題，各大客製卡廠商也呼籲玩家立刻更新，有部分廠商則重新檢討設計，預期進一步改善未來產品的穩定度。
本文同步刊載於PC home雜誌
歡迎加入PC home雜誌粉絲團！
請注意！留言要自負法律責任，相關案例層出不窮，請慎重發文！