Turing (微架构)

艾伦·图灵（Alan Turing）的照片
图灵微架构（Turing microarchitecture），是由英伟达公司（nVIDIA）所开发的一种GPU微架构，用以取代伏打微架构（Volta microarchitecture）。命名为「图灵」以向英国计算机科学家艾伦·图灵（Alan Turing）致敬。这个微架构于 2018 年 8 月在 SIGGRAPH 2018 年会上首次在面向工作站的 Quadro RTX 卡中推出， 并于一周后在 科隆游戏展(Gamescom)上在消费类 GeForce RTX 20 系列显示卡中推出。图灵微架构以​​其 HPC 专有前身的前期工作为基础，推出了首款能够实现即时光线追踪的消费产品，这是电脑绘图产业的长期目标。关键要素包括专用人工智能处理器（"Tensor cores"）和专用光线追踪处理器（"RT Cores"）。 图灵微架构利用 DXR、OptiX 和 Vulkan 来存取光线追踪。 2019年2月，Nvidia发表了NVIDIA GeForce 16系列GPU，采用了新的图灵设计，但缺乏光线追踪（RT）和张量（Tensor）核心。
图灵微架构采用台积电的 12 nm FinFET 半导体制造制程。 高阶 TU102 GPU 包括使用此制程制造的 186 亿个电晶体。 图灵微架构也使用三星电子 (Samsung Electronics) 和先前的美光科技 (Micron Technology) 的 GDDR6 记忆体。

**细节信息**
RTX 2080 卡中使用的 TU104 GPU 的芯片拍摄图
RTX 2060 卡中使用的 TU106 GPU 的芯片拍摄图
RTX 1660 卡中使用的 TU116 GPU 的芯片拍摄图
图灵微架构结合了多种类型的专用处理器核心，并实现了实时光线追踪技术（尽管大多数仍限于对物理建模的材质、室内反射和照明）。这得益于新的 RT 核心的使用，这些核心被设计用于处理四叉树和球形层次结构，并为单个三角形的碰撞测试提速。
图灵微架构的特性包括：
*CUDA 核心（流式多处理器）
**计算能力（Compute Capability）：7.5
**传统的栅格化着色器和计算
**整数和浮点操作的并行执行（继承自伏打微架构）
*光线追踪（RT）核心
**层次包围体结构（Bounding Volume Hierarchy）加速
**阴影、环境光遮蔽、照明、反射
*张量（AI 中的 Tensor）核心
**人工智能
**大型矩阵操作
**深度学习超级采样（DLSS）
*GDDR6/HBM2 支持的内存控制器
*带有显示压缩流（DSC 1.2）技术的 1.4a 版本 DisplayPort 接口
*支持使用 PureVideo 技术的 Feature Set J 来进行硬件加速的视频解码
*GPU Boost 4
*支持通过 NVLink Bridge 实现多个显卡的连接，并使用 VRAM 堆叠的方式汇集多个显卡的内存
*VirtualLink 标准虚拟现实
*NVENC（NVIDIA Encoder）硬件编码引擎
GDDR6 内存由三星电子为 Quadro RTX 系列生产。RTX 20 系列在最初发布时使用美光的内存芯片，在 2018 年 11 月换为三星芯片。

**栅格化（Rasterization）**
NVIDIA 报告称，在现有的软件标题中，栅格化（使用 CUDA 技术）的性能相较于前一代提升了大约 30-50%。这表示图灵架构的 NVIDIA GPU 在处理现有软件时，通过栅格化技术取得了相当可观的性能提升，提高了图形处理的效率。

**光线追踪（Ray-tracing）**
RT 核心执行的光线追踪可用于生成反射、折射和阴影，从而取代一些传统的栅格技术，如立方体贴图（Cube maps）和深度贴图（Depth maps）。需要注意的是，光线追踪技术并非完全替代栅格化技术，光线追踪收集到的信息可以用于增强着色，使图像更加写实，特别是在处理摄像机视野之外发生的动作（off-camera action）时。NVIDIA 表示，光线追踪性能相较上一代消费者架构 Pascal 提高了约 8 倍。

**张量核心（Tensor cores）**
利用张量核心，最终图像的生成能够得到进一步加速，这些核心用于填充部分渲染图像中的空白，这一技术被称为去噪（de-noising）。张量核心负责执行深度学习的结果运算结果，对处理特定任务的方法进行编码，使得系统能够理解和应用这些方法。这种编码过程使得系统能够更有效地执行某些任务，例如增加特定应用程序或游戏生成图像的分辨率。在张量核心的主要用途中，需要解决的问题会在超级计算机上进行分析，该计算机通过示例学习期望的结果，确定实现这些结果的方法，随后，这些方法通过驱动程序更新传递给消费者，最终由消费者的张量核心执行操作。超级计算机本身使用了大量的张量核心。

**图灵晶粒（Turing dies）**

**开发**
图灵微架构的开发平台是 RTX。可以通过 Microsoft 的 DXR（DirectX Raytracing），OptiX, 以及使用 Vulkan 拓展（最后者在 Linux 驱动上也可以使用）来调用 RTX 的光线追踪功能。AI 加速功能可以通过 NGX 集成到应用程序中。网格着色器（Mesh Shader）和着色率图像（Shading Rate Image）功能可以在 Windows 和 Linux 平台上使用 DX12、Vulkan 和 OpenGL 扩展来访问。
Windows 10 在 2018 年 10 月的更新中包括了 DirectX 光线追踪的公开发布。

**采用图灵微架构的产品**
 GeForce MX 系列
** GeForce MX450 (Mobile)
** GeForce MX550 (Mobile)
*GeForce 16 系列
** GeForce GTX 1630
** GeForce GTX 1650 (Mobile)
** GeForce GTX 1650
** GeForce GTX 1650 Super
** GeForce GTX 1650 Ti (Mobile)
** GeForce GTX 1660
** GeForce GTX 1660 Super
** GeForce GTX 1660 Ti (Mobile)
** GeForce GTX 1660 Ti
*GeForce 20 系列
** GeForce RTX 2060 (Mobile)
** GeForce RTX 2060
** GeForce RTX 2060 Super
** GeForce RTX 2070 (Mobile)
** GeForce RTX 2070
** GeForce RTX 2070 Super (Mobile)
** GeForce RTX 2070 Super
** GeForce RTX 2080 (Mobile)
** GeForce RTX 2080
** GeForce RTX 2080 Super (Mobile)
** GeForce RTX 2080 Super
** GeForce RTX 2080 Ti
** Titan RTX- Nvidia Quadro
** Quadro RTX 3000 (Mobile)
** Quadro RTX 4000 (Mobile)
** Quadro RTX 4000
** Quadro RTX 5000 (Mobile)
** Quadro RTX 5000
** Quadro RTX 6000 (Mobile)
** Quadro RTX 6000
** Quadro RTX 8000
** Quadro T1000 (Mobile)
** Quadro T2000 (Mobile)
** T400
** T400 4GB
** T500 (Mobile)
** T600 (Mobile)
** T600
** T1000
** T1000 8GB
** T1200 (Mobile)- Nvidia Tesla
** Tesla T4

**参考资料**

**外部连结**
 Nvidia Turing GPU Architecture Whitepaperdate=20180924094921 - Nvidia page about Turingdate=20191108011246 - Nvidia blog about raytracing vs. rasterizationdate=20200305015823 - NVIDIA Turing Architecture In-Depthdate=20190820000139 - Microsoft developer blog on DirectX Raytracingdate=20190722172647