Обзор видеокарты NVIDIA GeForce RTX 3090: предмет зависти

⇡#Игровые тесты с трассировкой лучей

Трассировка лучей, особенно при разрешениях 1440p и 4К, помогла GeForce RTX 3080 дальше всего оторваться старших «Тьюрингов» по кадровой частоте в играх. Если взять за точку отсчета именно топовые видеокарты на чипе TU102, GeForce RTX 2080 Ti и TITAN RTX, преимущество новой архитектуры никуда не делось и предсказуемым образом возросло. GeForce RTX 3090 обеспечивает рост фреймрейта на величину от 33 до 45 % по сравнению с уровнем GeForce RTX 2080 Ti и от 29 до 40 % по сравнению с TITAN RTX.

RTX 3090 даже не нуждается в DLSS для того, чтобы поднять средний фреймрейт выше 60 FPS на экране c разрешением 1440p в таких играх, как Metro Exodus, а полностью трассированный Minecraft и Quake II RTX в 1440p на нем просто летают. Пожалуй, если бы игр с поддержкой трассировки лучей было больше, чем в данный момент, можно было бы сказать, что GeForce RTX 3080 и RTX 3090 — вполне рациональная покупка не только для обладателей мониторов 1440p и 4K, но и для основной массы геймеров, сидящих за экранами Full HD.

В режиме 2160p нашлась только одна игра, в которой GeForce RTX 3090 выдает больше 60 FPS без масштабирования кадров силами DLSS, — Battlefield V, а в Shadow of the Tomb Raider ему не хватило 6 кадров в секунду до критической отметки. В других проектах с рейтрейсингом обе новые видеокарты вырвались за предел 30 FPS, что само по себе является важным достижением, но по большому счету игры с трассировкой лучей в 4К и без DLSS еще не являются в полной мере рабочим сценарием даже для GPU такого класса, как GA102. В свою очередь, с DLSS новый флагман по-прежнему значительно, но уже не так сильно превосходит по быстродействию своих предшественников: он на 36 % быстрее GeForce RTX 2080 Ti и на 30 % FPS опередил TITAN RTX.

В таких условиях идет борьба за разницу в единицы FPS, не ослабевающая даже на верхушке самого 30-го семейства. В игровой трассировке лучей GeForce RTX 3090, может быть, лишь на 11 % лучше RTX 3080 (и это самый благоприятный исход), но другой видеокарты, которая сделает, к примеру, Control безоговорочно играбельным в 4К на максималках (пусть и с DLSS, которая в этой игре работает весьма качественно), пока просто не существует.

⇡#Вычисления общего назначения

Хотя GeForce RTX 3090 формально отделен от прочих моделей 30-й серии только высокой ценой, по объему оперативной памяти и, если честно, по скромной прибавке FPS в играх можно понять, что это устройство предназначено скорее для работы в профессиональных приложениях, нежели для развлечения. Пока не появились устройства Quadro на базе GA102, которым, по слухам, достанется 48 Гбайт оперативной памяти, видеокарты с более широкими возможностями для рабочих станций просто не существует.

Первой сферой применения GeForce RTX 3090, в которой дополнительные 20 % вычислительной мощности FP32 могут иметь решающее значение даже без учета вдвое большего объема VRAM по сравнению с GeForce RTX 3080, является видеомонтаж и кодирование видео высокого разрешения. Живое воспроизведение роликов, отягощенных сложными эффектами, в Adobe Premiere Pro по-прежнему невозможно в полном разрешении 4К с кадровой частотой 60 FPS, но RTX 3090 уже вплотную приблизился к отметке 50, в то время как GeForce RTX 2080 Ti и TITAN RTX ограничены 41–42 FPS. Но основное преимущество почти целиком функционального чипа GA102 состоит в ускорении кодирования. В то время как GeForce RTX 3080 в этой задаче оказался ничем не лучше TITAN RTX, RTX 3090 удалось нарастить скорость рендеринга в ProRes на 19 %. Другая, и довольно неожиданная, находка состоит в том, что активация выделенного кодировщика NVENC для экспорта в H.264 не принесла никаких преимуществ всем участвующим в сравнении картам NVIDIA, за исключением RTX 3090. Похоже, в остальных случаях быстродействие просто упирается в шейдерный массив GPU, а дополнительные CUDA-ядра RTX 3090 устраняют бутылочное горлышко и позволяют выполнить задачу на 19% быстрее, чем без помощи NVENC. Заметим, что речь идет о тестах с тяжелыми эффектами, рассчитанными на максимальную загрузку GPU. В других условиях кодирование на NVENC может ускорить рендеринг еще сильнее — конечно, при условии, что пользователь готов пойти на компромисс в качестве изображения, так как программный метод здесь по-прежнему вне конкуренции.

GeForce RTX 3090 произвел еще более сильное впечатление в задачах оффлайновой трассировки лучей. Бенчмарк тайлового рендерера Cycles оценил производительность RTX 3090 на 25 % выше, чем RTX 3080, а по сравнению с TITAN RTX скорость прорисовки увеличилась более чем вдвое — независимо от того, используется ли целиком программный рейтрейсинг под API CUDA или аппаратные RT-ядра под OptX.

В бенчмарке на движке ProRender новый флагман выступил не настолько ярко, но ощутимый рост быстродействия по-прежнему имеет место: GeForce RTX 3090 на 15% опередил RTX 3080 и на 40 % — TITAN RTX.

Прим. Для тестов новых видеокарт мы перешли на актуальную релизную версию Blender — 2.9 — и обнаружили, что Radeon RX 5700 XT снова потерял возможность работать с движком Cycles.

Наконец, библиотеки REDCINEX-PRO, предназначенные для аппаратного декодирования и дебайеринга файлов RED R3D с привлечением тензорных ядер чипов NVIDIA, уже не особенно чувствительны к разнице между GeForce RTX 3080 и RTX 3090. Благо любая из двух видеокарт более чем в два раза ускоряет обработку записей в разрешении 4К, а в 6К GeForce RTX 3090 на 25 % быстрее по сравнению с TITAN RTX.

⇡#Кодирование/декодирование видео

В тестах GeForce RTX 3080, которые были опубликованы на прошлой неделе, мы обошли стороной одну из новых функций кремния Ampere — аппаратное декодирование видеопотока AV1. Дело в том, что бесплатные программные кодировщики нового стандарта AV1, которыми мы пытались воспользоваться, пока не вышли из экспериментального статуса и работают настолько медленно, что на создание тестового файла с разрешением 8К (которое, собственно говоря, и требует высокой компрессии, возможной в рамках AV1) ушло бы столько времени, что материал для бенчмарка не успел бы и к обзору RTX 3090. Такое происходит именно при кодировании в 8К, причем дело не в производительности центрального процессора. К счастью, мы отыскали в Сети запись AV1 примерно с таким же битрейтом, как у тестовых 8К-роликов в HEVC и VP9, и можем смело сравнивать скорость обработки разных форматов силами обновленного модуля NVDEC.

Кодек AV1 предназначен в первую очередь для стриминга видео с высоким разрешением и HDR по сети и призван заменить в этой роли VP9. Однако ценой высокой степени сжатия при одновременно высоком качестве изображения является вычислительная мощность, необходимая для декодирования потока. Видео AV1 в 8К с кадровой частотой 30 FPS загружает восьмиядерный CPU тестового стенда (Intel Core i9-9900K, работающий на постоянной частоте 4,8 ГГц с применением инструкций AVX) на 50 %, когда файл воспроизводится из локального хранилища, и на 60 % через браузер. Конечно, большинству пользователей попросту не на чем смотреть видео в 8К, но, с другой стороны, и такие компьютеры есть далеко не у всех.

Как показали тесты, аппаратный декодер NVDEC в чипах Ampere обрабатывает AV1 даже быстрее прочих методов компрессии и достигает пропускной способности 110 кадров в секунду при разрешении 8К без HDR. Кроме того, новая версия NVDEC еще эффективнее обращается с потоком HEVC и VP9, чем ASIC, встроенный в процессоры Turing. Не сомневаемся, что способность декодировать AV1 приобретут все будущие продукты 30-й серии на основе младших чипов Ampere, которые со временем найдут применение не только в дискретных видеокартах для ПК, но и в мобильных устройствах.

Что касается аппаратного кодировщика H.264 и HEVC, то в GA102 используется та же версия NVENC, что в «Тьюрингах», но жаловаться на ее производительность не приходится — в быстром режиме можно кодировать хоть 8К при 60 FPS в реальном времени.

⇡#Производительность на ватт и площадь GPU

Теперь, когда мы можем оперировать результатами тестов GeForce RTX 3090, в котором используется графический процессор с минимальными потерями активных вычислительных блоков и полной 384-битной шиной памяти, вернемся к оценке энергоэффективности чипа GA102. Перед нами открылась довольно любопытная картина. Ни один продукт на чипах Turing не дает в сравнении с RTX 3090 таких чисел, как 90-процентная разница в производительности на ватт, о которой говорят презентации NVIDIA. Если отталкиваться от GeForce RTX 2080 SUPER на полностью активном чипе TU104, речь идет о росте энергоэффективности на 27 %. Однако чем меньше внутри чипа вычислительных блоков, оказывающих прямое влияние на быстродействие (потоковых мультипроцессоров и шейдерных ALU), тем больше вклад в потребляемую мощность тех частей GPU, которые не настолько хорошо масштабируются.

Стоит перейти к GeForce RTX 2080 Ti и TITAN RTX, и преимущество GeForce RTX 3090 в энергоэффективности падает до 9 и 5 % соответственно. Кроме того, мы обнаружили, что по удельному игровому быстродействию на число транзисторов RTX 3090 уступает 11 % в пользу TITAN RTX. Теоретически полностью функциональный кристалл GA102 мог бы дать немного иные числа, но в RTX 3090 чип утратил всего лишь 2 % потенциальной вычислительной мощности. Нельзя сослаться и на игры с трассировкой лучей, ведь при разрешении 4К соотношение в производительности между рассматриваемыми устройствами от этого фактора зависит слабо.

Прим. Игры при разрешении 3840 × 2160 без трассировки лучей и DLSS.

Почти удвоенная оценка энергоэффективности не выглядит адекватно даже в сравнении GA102 с флагманским GPU, который NVIDIA использовала в потребительских видеокартах серии GeForce 10: RTX 3090 обеспечивает только на 45 % больше FPS на ватт, чем GeForce GTX 1080 Ti, хотя переход чипов с конвейера 16 нм TSMC на самсунговские 8 нм представляет собой один полный шаг производственной нормы. Как ни крути, Ampere (по крайней мере, в его потребительской версии на базе техпроцесса 8N) покорил новые высоты быстродействия в первую очередь за счет простого наращивания вычислительных блоков, которое позволила осуществить передовая фотолитография и новая компоновка логики внутри SM, а не за счет повышенной энергоэффективности. Впрочем, мы все еще далеки от того, чтобы поставить точку в этом вопросе: если фокусироваться именно на быстродействии на ватт, лучше всего взять для сравнения будущий GeForce RTX 3070, который ближе всего стоит к продуктам на базе TU102 по количеству транзисторов GPU и потребляемой мощности.

Кроме того, NVIDIA по-прежнему находится в выгодном положении по сравнению с продуктами конкурента: чип Navi 10 не догнал по энергоэффективности даже Turing, а GeForce RTX 3090 опережает Radeon RX 5700 XT уже на 41 % удельного быстродействия. Следует вновь сделать поправку на разный масштаб сравниваемых процессоров, но AMD явно предстоит выполнить определенную работу над ошибками, чтобы сократить или, в идеале, устранить технологическое отставание своего кремния.

⇡#Результаты игровых тестов и рекомендованные цены

⇡#Результаты игровых тестов с трассировкой лучей

⇡#Выводы

Можно сколько угодно возмущаться тем, как дорого стоит GeForce RTX 3090, но боль утихнет, если поместить чемпионское устройство NVIDIA в исторический контекст. В действительности компания просто вернулась к старой сегментации потребительской линейки видеокарт, в которой место флагмана для геймеров занимал ускоритель на базе соответствующим образом урезанного GPU первого эшелона (GK110, GM200, GP102) по цене от 649 до 699 долларов США. В то же время для тех, кому требовалась максимально высокая производительность или специфические преимущества для профессиональных задач (таких как удвоенный массив оперативной памяти), Санта-Клара предлагала очередной «Титан». Только теперь он называется по-другому и формально является частью игровой серии GeForce. Впрочем, не исключено, что NVIDIA планирует выпустить в будущем полноправный TITAN — возможно, с полностью функциональным чипом GA102 и 48 Гбайт памяти GDDR6X на борту (как только Micron наладит производство 16-мегабитных чипов нового типа).

Но если рассматривать GeForce RTX 3090 именно в качестве преемника марки TITAN, о полном возврате к прежней ценовой политике, которую сломало поколение видеокарт на чипах Turing, речи не идет. При рекомендованной цене в $1 499 новинка значительно дешевле TITAN RTX, который NVIDIA отпускала за $2 499. Но корни серии TITAN уходят к устройствам за $999. И все же послабления, которые вслед за младшими моделями из первой троицы «Амперов» — GeForce RTX 2070 и RTX 2080 — распространились на RTX 3090, можно только приветствовать.

Тем более что геймерам, которым посчастливилось купить GeForce RTX 3080 в первую неделю после релиза, вопреки названию обзора совершенно нечему завидовать в RTX 3090. Сверх производительности RTX 3080 вы могли бы получить около 12 % FPS в самом благоприятном случае, при игре на 4К-экране, за доплату в $800. И это при условии, что розничные цены новинок NVIDIA хотя бы через некоторое время подтянутся к рекомендованным. Если RTX 3080 мгновенно оказался дефицитным товаром, то купить RTX 3090, тем более за выгодную сумму, будет еще сложнее.

С другой стороны, попробуйте назвать еще одну видеокарту, которая располагает производительностью на 12 % больше, чем у GeForce RTX 3080. Последнему не хватило именно этих 12 % FPS, чтобы можно было запускать практически любые тайтлы, включая такие чрезвычайно требовательные, как Control, Metro Exodus и Red Dead Redemption 2 (первые два без трассировки лучей), на максималках и в 4К с фреймрейтом 60 FPS или полностью избавиться от необходимости в DLSS при игре в режиме 1440p c рейтрейсингом. Масштабирования кадров при помощи DLSS по-прежнему не избежать, чтобы получить все и сразу: разрешение 4К, максимальные настройки детализации, трассировку лучей и твердые 60 FPS. Но если учесть, что в своих последних итерациях DLSS работает практически безупречно, эта и подобные технологии обосновались в играх надолго, если вообще куда-либо денутся в обозримом будущем.

И все-таки будем честны: GeForce RTX 3090 очень трудно назвать рациональным приобретением исключительно для развлечений. Даже аргумент в виде 24 Гбайт оперативной памяти пока имеет вес только в контексте игры на телевизорах и мониторах с разрешением 8К, которыми владеет исчезающе малый процент геймеров. А гипотетический вариант RTX 3080 с 20 Гбайт VRAM все равно обойдется дешевле. Зато GeForce RTX 3090 сполна отрабатывает свою стоимость в тех ситуациях, когда время равно деньгам, то есть в профессиональных задачах, которым требуется максимум вычислительной мощности и большой объем оперативной памяти графического процессора. В программах для монтажа видео с высоким разрешением и сложными эффектами RTX 3090 может значительно уменьшить время рендеринга даже по сравнению с RTX 3080. Рейтрейсинг в Blender он выполняет на 25 % быстрее RTX 3080 или более чем вдвое быстрее, если сравнивать с предыдущим просьюмерским решением NVIDIA — TITAN RTX. Кроме того, есть ряд задач, которые по большому счету закрыты для ускорителей с меньшим объемом локальной памяти, — например, 3D-моделирование сложных проектов или монтаж видео с наложением эффектов в разрешении 8К. Наконец, GeForce RTX 3090 остается единственной видеокартой NVIDIA, которая формально относится к потребительской серии, но сохранила разъем NVLink, который теперь, в связи с прекращением работ над новыми профилями SLI, утратил игровую ценность, но может быть полезен для специфических приложений GP-GPU.

Напоследок скажем пару слов о видеокарте Palit GamingPro OC, которая представляет GeForce RTX 3090 в нашем обзоре. Palit использовала одну и ту же конструкцию системы охлаждения и похожие печатные платы в своих версиях RTX 3080 и RTX 3090, только усилила VRM в соответствии с повышенным энергопотреблением старшей модели. Как следствие, почти все, что мы уже сказали про Palit GeForce RTX 3080 GamingPro OC, относится к родственному RTX 3090. Видеокарта производит впечатление качественного продукта и обеспечивает чипу GA102 адекватное охлаждение. Тем не менее рост потребляемой мощности не прошел бесследно для уровня шума (350 Вт — это не шутки), а на вентиляцию компьютера покупателю флагманской модели нужно обратить самое пристальное внимание, так как почти весь горячий воздух кулер оставляет внутри корпуса.