NVIDIA Blackwell架構GeForce RTX 50系列GPU解析：神經網路運算最佳化、能源效率更好

NVIDIA Blackwell架構GeForce RTX 50系列GPU解析：神經網路運算最佳化、能源效率更好

2025年1月15日星期三下午10:00:00 [台北標準時間]

羽神翼

NVIDIA Blackwell GPU

Blackwell 可說是 NVIDIA 近年來幅度最大的 GPU 架構改動，劃時代導入神經網路著色器，為遊戲開創先進、高速且更擬真的渲染方式。

Blackwell 架構設計重點著重在為全新神經網路運算最佳化、降低記憶體耗用量、導入新式服務品質功能，以及提高能源使用效率等 4 個方向。

NVIDIA Blackwell Architecture

先從核心來看，相較於 Ada 架構 SM（Streaming Multiprocessor）內的著色核心（也就是 CUDA 核心）拆分成一半依需求動態調整處理 FP32（單精度浮點數）和 INT32（32 位整數），以及一半專門處理 FP32，Blackwell SM 的著色核心改成完全依需求動態處理 FP32 和 INT32。

同時，過往著色工作負載只由這些著色核心處理的情境，現在改成透過神經網路著色方式，納入 Blackwell 架構所擁有的第 5 代 Tensor 核心，共同分擔著色工作負載。

還有，相較於 Ada 架構的著色器執行重新排序（Shader Excution Reordering, SER）著重在光線追蹤工作負載的重新排序，Blackwell 架構進一步針對神經網路著色工作負載排序，把較傳統的著色工作分配給 CUDA 核心，需要動用神經網路運算的工作負載安排給 Tensor 核心，且兩種核心可以同時運用，讓整體效率提升至 2 倍。

NVIDIA Blackwell Architecture

第 5 代 Tensor 核心支援 FP4 精度模型的加速處理，相較於 Ada 架構第 4 代 Tensor 核心支援的 FP8 精度模型，資料吞吐量可達 2 倍，相當於 Pascal 核心吞吐量的 32 倍，因此可滿足 DLSS 4 的多畫格生成技術。

NVIDIA Blackwell Architecture

此外，相較於 Ada 架構的第 3 代光線追蹤核心，Blackwell 架構的第 4 代光線追蹤核心維持 Box Intersection Engine、Opacity Micromap Engine，把 Triangle Intersection Engine 拓展成 Triangle Cluster Intersection Engine，再加入 Triangle Cluster Decompression Engine 和 Linear Swept Spheres。

綜合來看，Blackwell 架構光線追蹤的多邊形交互率可達 Ada 架構的 2 倍，但記憶體耗用量只需要 Ada 架構的 75%。

NVIDIA Blackwell Architecture

透過更先進的資源排程調度，Blackwell 架構能夠讓內部多種核心同步處理著色、光線追蹤與 AI 運算等負載，大幅縮短渲染的回應時間，進而提高整體效能。

NVIDIA Blackwell Architecture

記憶體方面，前兩代 Ampere 和 Ada GPU 使用的 GDDR6X 記憶體訊號採 PAM4 編碼，Blackwell GPU 搭配的 GDDR7 記憶體訊號編碼改成 PAM3，雜訊失真比較小，訊號品質更清晰，藉此帶來更高的運作頻率與更低的電壓，資料速率可達 GDDR6 的 2 倍，每位元功耗接近 GDDR6 的一半，能源效率像當漁 2 倍。

NVIDIA Blackwell Architecture

Blackwell 架構擁有更先進的節能設計，相較於 Ada 架構，Blackwell 由於效能更好，可更早完成工作負載並進入低功耗狀態，且透過新式的時脈、供電控制，讓低功耗狀態的效率更好，且進入深層休眠的延遲更少，總合起來 Blackwell 架構進入節能狀態的區間可較 Ada 架構節省達 50% 功耗。

Blackwell 架構也擁有更快速的時脈調控機制，可依工作附載需求動態調整著色器時脈，當然也就更有效率的運用能源。

NVIDIA Blackwell Architecture

顯示引擎與視訊編碼核心也有大幅更新。首先，Blackwell 終於支援 DisplayPort 2.1 UHBR 20，視訊輸出頻寬可達 20 Gbps，同時導入高速硬體 Flip Metering，讓畫格輸出更穩定。

Blackwell 的第 9 代編碼器和第 6 代解碼器則帶來 AV1 UHQ（超高畫質 AV1）與 MV-HEVC（多視角 HEVC）編解碼，H.264 解碼能力擴增至 2 倍，以及 YUV422 的編解碼。

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