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核心提示：元宇宙的基礎(chǔ)設(shè)施要由顯卡來鋪就？
元宇宙的基礎(chǔ)設(shè)施要由顯卡來鋪就？
東方的盤古一斧子，從此有了天地。
西方的上帝說，要有光，于是便有了光。
人類似乎天生有創(chuàng)世情懷。
今天，扎克伯格，說元宇宙來了，于是開啟了元宇宙的魔盒。
他把這個東西說得神乎其神，開天辟地，甚至連公司名字都從Facebook改成了Meta。一時間數(shù)字孿生、生命日志、鏡像世界、數(shù)字星球等新鮮名詞充斥頭條，Roblox、雪崩、頭號玩家、黑客帝國等等流行元素蜂擁而上。
但扎克伯格不是神，也不是什么外星派來毀滅人類的超級機器人，他只是一個野心很大、權(quán)力很大、壓力也很大并且好像精神已經(jīng)有點不太正常的30多歲的創(chuàng)業(yè)者。并不是他哪天起床說一句“要有元宇宙”，元宇宙就出現(xiàn)了。
雖然Facebook擁有目前最流行的VR設(shè)備，但它并不能以一己之力創(chuàng)造元宇宙。
正如我們曾經(jīng)歷過的PC互聯(lián)網(wǎng)，移動互聯(lián)網(wǎng)，必須要依靠芯片算力、操作系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議、3G、4G移動網(wǎng)絡(luò)等等一整套底層技術(shù)才能得以實現(xiàn)一樣，元宇宙作為以VR為交互方式的下一代互聯(lián)網(wǎng)，也需要屬于它的一整套底層技術(shù)作為支撐。
那其中最關(guān)鍵的技術(shù)是什么呢？我認(rèn)為毫無疑問是顯示技術(shù)。
所以，今天讓我們來聊一聊元宇宙概念背后那個被忽略的真正大佬以及他那個創(chuàng)業(yè)二十多年只待元宇宙爆發(fā)的顯卡小宇宙。
01
人類是生活在物質(zhì)宇宙的三維生物，當(dāng)一個3D商業(yè)概念敢自比宇宙的時候，最基本的要求當(dāng)然是重構(gòu)一個三維空間！
宇宙的真實建立在物理規(guī)律上，元宇宙作為人類社會的數(shù)字造物，其基礎(chǔ)則是一整套IT基礎(chǔ)設(shè)施！
IT產(chǎn)業(yè)，向來是先有超前技術(shù)，才有產(chǎn)業(yè)的繁榮。
Windows如此，社交網(wǎng)絡(luò)如此，移動互聯(lián)網(wǎng)如此，元宇宙時代亦也是如此。
拿移動互聯(lián)網(wǎng)時代舉例，首先是手機和智能移動設(shè)備已經(jīng)有了，而且硬件水平——顯示技術(shù)、芯片算力、通訊技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跑在了當(dāng)時手機、軟件廠商的產(chǎn)品力前面。
記得蘋果手機問世的前夜，山寨手機依舊橫行，各種彩屏、立體聲、小游戲、手機qq啥的都出來了，比諾基亞還酷炫，就差喬布斯來整合了！然后07年LG的多點觸摸電容屏，08年蘋果的iPhone3G手機，09年中國3G網(wǎng)絡(luò)上線，“3G元年”開啟，移動互聯(lián)網(wǎng)時代正式來臨……
十多年之后，扎克伯格振臂一呼，大家又開始聊元宇宙了，創(chuàng)意天馬行空，但元宇宙的基礎(chǔ)設(shè)施準(zhǔn)備好了沒有，才是關(guān)鍵，而核心就在于虛擬世界顯示的畫質(zhì)！流暢度！以及呈現(xiàn)出的真實沉浸感！
因為“數(shù)字孿生”也好，虛擬現(xiàn)實也罷，說到底為的就是建立與現(xiàn)實無限接近的虛擬世界，要令人有砸碎屏幕，進入其中的臨場感，才能真正激發(fā)一個人作為三維生物的基因沖動。
所以我們第一個要談到的關(guān)鍵詞，就是幀率。
02
人眼有視覺殘留特性，一個場景快速消失后，神經(jīng)反應(yīng)需要時間，所以畫面在大腦仍然會停留1/24秒，所以一般鏡頭一秒24幀看起來就流暢了。
一旦到了快速移動場景中，比如追車打斗，幀數(shù)少畫面就會拖拖拉拉！而60幀就明顯比30幀的平滑！
游戲?qū)τ趲瑪?shù)要求更高，因為視頻畫面是動態(tài)模糊的，每一幀是記錄了動態(tài)效果，這樣看起來會平滑。但是游戲畫面是顯卡一幀一幀渲染出來連續(xù)的靜態(tài)畫面，電腦要根據(jù)游戲情節(jié)變化去顯示下一幀畫面，幀數(shù)就有可能不均勻，一旦下一個場景動態(tài)強，畫面復(fù)雜，顯卡渲染不過來，就有可能掉幀，出現(xiàn)卡頓！
如果這出現(xiàn)在在VR或者元宇宙場景里面，我的世界就出bug崩塌了，是完全不能接受的事情！
世上明明沒有六脈神劍這種武功，沒有猴子能耍一萬多斤的棒子，沒有美輪美奐的天宮仙山，但只要接受了自洽的設(shè)定，哪怕細(xì)節(jié)不到位，也能看得暢快淋漓。
這是因為以往我們在屏幕里看電影玩游戲，我們一直能看到屏幕外的世界，不管你的像素是80K還是800K，你的幀率是200幀還是2000幀，只要我還能看到我拿著手機的手，其實就不可能完全沉浸其中，我們的大腦一直在虛擬世界和現(xiàn)實世界中跳入跳出，畫面有點小出入大腦隨時可以腦補調(diào)整過來，游戲?qū)嵲诳ǖ貌恍辛宋蚁忍鋈セ貍�微信總行吧。
然而一旦整個意識感覺沉浸元宇宙中了，大腦就難以跳出了。
而且那些越貼近我們?nèi)粘｜c滴的東西，比如乒乓球撞擊球拍的震動、汽車窗外飛馳的掠影、手中木棍揮過的殘影，一旦與現(xiàn)實不一致，大腦就會出現(xiàn)強烈的失真不適感。
這就是為什么很多人玩VR時候，一旦畫面卡頓，掉幀，就會頭暈?zāi)X脹，甚至難受嘔吐。
如果說古早小說到現(xiàn)在電腦游戲，都是人腦去適應(yīng)創(chuàng)作者的設(shè)定，卡頓也不要緊，那么元宇宙的構(gòu)建一開始就必須完全適應(yīng)大腦的運作機制，然后才有天馬行空。
因此元宇宙對人類的顯示技術(shù)提出了比以往高得多的要求，現(xiàn)在普遍的說法認(rèn)為只有當(dāng)分辨率達到16K、刷新率到達180hz以后，VR才能達到肉眼的完全沉浸感。從1080P到4K再到8K，畫面越是細(xì)膩強大越真實，GPU需要處理的像素數(shù)據(jù)就越多，對顯卡性能的要求也越高！
所以顯示技術(shù)才是元宇宙這個數(shù)字世界最重要的底層技術(shù)，是元宇宙的基石。而顯示技術(shù)要逼真還原世界的動態(tài)細(xì)節(jié)、清晰度、流暢度，其所需要的3D算力對元宇宙基礎(chǔ)設(shè)施建構(gòu)的作用更是核心中的核心，是驅(qū)動元宇宙的原動力。
03
目前討論最熱的VR也好和腦機接口也罷，即便也有內(nèi)置芯片，但算力不夠，說到底是個輸入/輸出設(shè)備，只是進入元宇宙的入口，元宇宙是否立得住，適應(yīng)人的觀感，還得在于顯卡算力。
目前圖像處理領(lǐng)域的最強王者，毫無疑問就是領(lǐng)跑顯卡技術(shù)和性能多年的NVIDIA，英偉達。而它的創(chuàng)始人黃仁勛，正是那個在扎克伯格背后，多次推動顯示技術(shù)變革，肩扛起整個元宇宙產(chǎn)業(yè)的男人。
老黃是顯卡界的傳奇人物，自1993年創(chuàng)辦英偉達至今，一直擔(dān)任首席執(zhí)行官，一手推動顯卡技術(shù)進化到今天。
黃仁勛1963年生于我國臺灣省，9歲搬去美國肯塔基州，大學(xué)畢業(yè)后前往硅谷，并斯坦福大學(xué)在職進修碩士，練就了圖形處理芯片技術(shù)功力，也洞悉了市場規(guī)律。
90年代初，電腦從DOS操作系統(tǒng)過渡Windows。在此之前，DOS的界面就是個黑屏，圖形處理芯片并不重要，而Windows一統(tǒng)天下之后，顯卡逐漸重要起來。
那時顯卡還不叫顯卡，叫圖形加速卡，2D為主，3D為輔，甚至2D加速卡和3D加速卡是兩塊卡，還不完全是今天我們熟知的顯卡！隨著win95視窗時代的到來，電腦游戲3D化。對于顯卡的3d需要也隨之來了！
1993年，瞄準(zhǔn)這一新藍海的英偉達成立，全能的老黃被創(chuàng)業(yè)伙伴推舉為總裁兼CEO，準(zhǔn)備大干一場。但沒想到， 英偉達頭兩代產(chǎn)品NV1和NV2接連撲街，黃仁勛碰了一鼻子灰。
90年代初的顯卡產(chǎn)業(yè)，有點東漢末年，天下大變，群雄逐鹿的意思，市場機會多風(fēng)險也大。
當(dāng)時3d時代的顯卡霸主，是3DFX公司大名鼎鼎的Voodoo（巫毒）卡。
巫毒卡的特點是3d和2d兩張卡一起使用，兩張卡配合起來玩3d游戲Quake2那不要太爽。我第一次接觸到Voodoo卡就是在網(wǎng)吧打Quake2聯(lián)機，那時候Voodoo簡直是神話！市場占有率一度達到85%，那是絕對的王者。
一霸之外，還有S3、matrox兩強，而NVIDIA與后來相愛相殺的ATI等等都只是一大堆的顯卡公司中一員，連 intel都發(fā)布了顯卡I740，希望分一杯羹！
這個背景下， 初出茅廬的NVIDIA與1995年發(fā)布了雄心勃勃的NV1，像個游戲綜合卡，把2d、3D、聲卡、甚至手柄控制都集合在了同一張卡上。
老黃認(rèn)準(zhǔn)未來顯卡作用肯定以游戲為王，既然如此，一次性給你解決不就好了？
想法很豐滿，現(xiàn)實很骨感，NV1功能多價格高，技術(shù)也并不占優(yōu)勢，在市場檢驗中敗下陣來，公司都差點黃了。
但天無絕人之路，恰恰是NV1看上去最不靠譜的支持游戲手柄功能引起了世嘉游戲機公司的興趣，投資老黃700萬美元，讓他為世嘉游戲機DC——土星游戲機做顯示芯片,也就是NV2。
結(jié)果由于3d顯示的技術(shù)基礎(chǔ)原理是繪制三角形，老黃偏要繪制方塊，結(jié)果買賣黃了，NV2也廢了，但無論如何這700萬美元，讓NVIDIA活下來了。
連續(xù)失敗后，老黃痛定思痛，埋頭3年之后推出了NV3，即Riva 128，修改了之前的很多錯誤，采用三角形繪圖，并且支持新的AGP接口，OpenGL，最重要的是支持了微軟的Direct3D API接口！
API接口問題非常重要，它是連接電腦和顯卡圖形工作的橋梁，把不同平臺、不同操作系統(tǒng)的游戲接入到電腦上統(tǒng)一跑起來。
如同曹操拿到了漢獻帝的“衣帶詔”，局面一下打開了。
畢竟當(dāng)時顯卡市場群雄割據(jù)，沒有統(tǒng)一API接口，各干各的，各家游戲無法方便地在統(tǒng)一的PC和游戲機等顯卡平臺運行。
NV1 的失敗很大程度上就是因為不支持最早實現(xiàn)統(tǒng)一的OpenGL標(biāo)準(zhǔn)。而正如我們之前聊過的，PC時代計算機產(chǎn)業(yè)的核心是操作系統(tǒng)，所以后來微軟基于Windows系統(tǒng)，推出了自己的API—— Direct3D標(biāo)準(zhǔn)后，老黃看準(zhǔn)WIN視窗系統(tǒng)是未來趨勢，所以NV3立馬第一個支持Direct3D，迅速就打開了市場。
顯卡火了，錢包鼓了，老黃干勁十足，從98年到99年，英偉達連續(xù)推出TNT核心和TNT2核心顯卡，逐漸走上一線顯卡核心行列。艾爾莎、麗臺、技嘉等顯卡大廠也紛紛推出基于TNT2 核心的自家顯卡，
基于TNT2核心，老黃一舉推出TNT2 Ultra、TNT2 Pro、TNT2、TNT2 M64等多個高低版本，舉刀切分整個顯卡市場，還配套推出“鐳管”驅(qū)動，立于不敗之地，將顯卡產(chǎn)業(yè)送入TNT時代。
黃仁勛的“傳奇刀客”生涯也從此開始。
04
1999 年下半年，互聯(lián)網(wǎng)泡沫正處于極盛階段，老黃在新一代NV顯卡上放出了自己的真正大招GeForce 256 GPU。
為表隆重，如同后來蘋果手機跳過9一樣，老黃將引入GPU概念的新顯卡代號從NV5一下跳到NV10，正式在向所有人推出GPU 概念，這是英偉達推動的第一次顯卡技術(shù)革命。
CPU大家很熟，全名叫做Central Processing Unit， 中央處理器。
而GPU，全名Graphic Processing Unit，中文，圖形處理器。
老黃提出的GPU概念，從技術(shù)層面說，就是支持硬件加速，又叫 T&L引擎。
這里T 是 Transform ，L是 lighting，是指坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與光照處理，是3D畫面顯示的關(guān)鍵步驟。
3D游戲的畫面是將原本靜態(tài)3D場景投射成顯示器的2D畫面，并一幀一幀連續(xù)呈現(xiàn)。其中主要分四步，1、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；2、光照處理；3、三角形設(shè)定；4、著色渲染。
每一幀，電腦都先要對3D建模人物和場景進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，算出所對應(yīng)的二維投影，之后就是光照處理，大量計算光影的對應(yīng)關(guān)系，因為沒有光啥也看不見，有了光，3D物體就有了的具體呈現(xiàn)。
第三步，就是根據(jù)已經(jīng)轉(zhuǎn)化成二維坐標(biāo)的點，去算出一個個三角形。為什么是三角形呢？因為構(gòu)建一個平面最少需要三個點。生成完畢后，等于骨架模型被附著一套三角形網(wǎng)格，為下一步的渲染做準(zhǔn)備，三角形越多，效果就越生動細(xì)膩。
有了前三步的大量計算，最后是光柵化著色渲染。
先把連續(xù)的三角形分解成一個個“積木”，確定顏色，然后對重疊的“積木”進行色彩分析，覆蓋融合，一步步確定二維圖像每個像素顯示的顏色、深度和紋理數(shù)據(jù)，最終在屏幕中呈現(xiàn)彩色畫面。渲染這步非常類似現(xiàn)實中的上色，先來底色，在上陰影與紋理，只不過電腦是一個個像素處理。
原來顯卡的主要作用就是第四步的像素填充渲染等工作，而前面大量需要計算的部分，是由CPU來完成的！CPU分給我顯卡什么任務(wù)我就干什么。
有了GPU，顯卡正式從CPU手中接手了絕大部分圖形處理的工作，哥們從一個“圖形加速器”，成功變成“處理器”了！
NV10顯卡首次帶來了256位的3D計算單元，首次集成4像素渲染線，并支持DX7.0及OpenGL，核心內(nèi)部集成了2300萬個晶體管，是當(dāng)時英特爾奔騰3處理器的2倍以上！直接炸裂！本來一個輔助，現(xiàn)在成了carry了。
由于劃時代里程碑意義，NVIDIA GeForce這個名字一直沿用至今20多年。
GeForce 256與GPU概念的出現(xiàn)，讓英偉達把市面上與TNT2爭奪天下的，如3DFX Voodoo 3、MATROX G400、S3 Savage4等廠商品牌的顯卡打得潰不成軍。
就在英偉達即將一統(tǒng)江湖時，之前并不強勢的顯卡老廠ATI殺了出來，不緊不慢地在2000年推出Radeon（鐳）品牌，ATI 也開始支持硬件 T&L，開創(chuàng)了GPU領(lǐng)域的兩強爭霸時代，一度壓了英偉達半頭。
但隨著2006年，ATI被AMD收購，而英偉達次年推出G80顯卡——GeForce 8800 GTX 核心為代表的這代芯片，此后十年，雙方逐漸拉開了距離。
老黃終于坐穩(wěn)了顯卡王座，唯一的對手只有時代。
05
2008年之后，摩爾定律帶來的計算提升速度已經(jīng)開始放緩，很多人也為芯片算力未來發(fā)展的瓶頸擔(dān)心。
而老黃敏銳地發(fā)現(xiàn)了一個問題，也就是顯卡的算力越來越強大，它是否應(yīng)該局限于傳統(tǒng)的3D游戲畫面計算呢？在不玩游戲的時候它的算力難道就理所當(dāng)然應(yīng)該閑置在那里嗎？
答案當(dāng)然是否定的。
在前面提到的G80顯卡中，有一項關(guān)鍵的技術(shù)，叫做CUDA。
CUDA是一個軟硬件協(xié)同通用并行計算架構(gòu)系統(tǒng)，利用圖形處理器來計算原本只由CPU處理的通用計算任務(wù)，哪怕與圖形處理沒有任何關(guān)系。
優(yōu)勢之處在于，GPU里面有很多核心，每個核心都是一個處理單元，CUDA可以讓他們同時并行工作，類似眾人拾柴火焰高的感覺！比如我們搬磚，你讓CPU來搬，它就得一塊一個的搬。而CUDA可以讓GPU里的一大堆核心共同工作，對著一堆磚群毆，集體工作，那自然就快了！
專業(yè)點的詞語叫，并行計算，而CPU那種搬完一塊再搬一塊，叫串行計算。
我們可以把CPU理解為一個博士，微積分肯定他做的很好。
但是CUDA是一群中學(xué)生，如果我們有一大堆四則運算的工作，一群中學(xué)生肯定比一個博士生快��！CUDA出現(xiàn)的意義，使用CPU的“中央處理”向CPU與GPU并用的“協(xié)同處理”發(fā)展的階段，對平時浪費掉的GPU算力進行了深度的開發(fā)，讓GPU走到了GPGPU階段——即通用圖形處理器。
CUDA提供了GPU編程的簡易接口，支持如C/C++，Python，F(xiàn)ortran等語言，可以構(gòu)建基于GPU計算的各種應(yīng)用，比如視頻剪輯、科學(xué)計算、高清視頻轉(zhuǎn)碼播放，乃至金融和醫(yī)療服務(wù)程序，都可以在支持CUDA的GPU處理器上以超高性能運行計算。
也就是說CUDA讓顯卡GPU在不斷分擔(dān)CPU的工作，提升計算機整體的算力！這也是為啥顯卡在挖礦領(lǐng)域比CPU要有用，因為挖礦的計算更依賴于群毆，GPU計算效率更高！
CUDA英偉達推動的第二次顯卡技術(shù)革命，是老黃在公司營收只有30億美元時，直接砸下5億美元研發(fā)的一次豪賭！
這場豪賭對NVIDIA后來的發(fā)展意義非凡，可以說是打通了NVIDIA未來技術(shù)的任督二脈，后來我們看到的張量核心、AI、光線追蹤、元宇宙，乃至NVIDIA到目前圖形領(lǐng)域的整個老大地位！都離不開CUDA作為基礎(chǔ)。
黃仁勛再也不用把公司未來綁在3D游戲上，也為圖形顯示技術(shù)的真正未來埋下伏筆。
2006-2016這十年是NVIDIA長足進步的十年，各種以科學(xué)家命名的GPU架構(gòu)，Tesla、Fermi、Kepler、Maxwell、Pascal、Volta、Turing……依次登場，當(dāng)然隨著顯卡性能的不斷增強，價格水漲船高，乃至功耗、發(fā)熱量也節(jié)節(jié)攀升！
到GTX480這個階段，在功耗方面，NVIDIA開啟了一個核時代！GTX690的戰(zhàn)術(shù)核顯卡更是名噪一時。
2016年，NVIDIA采用帕斯卡架構(gòu)的GTX1080TI系列顯卡發(fā)布！由于《絕地求生》游戲、挖礦等因素影響，10系列顯卡一度到了一卡難求的情況。甚至因為市場上無貨，很多挖坑的人去買品牌機拆顯卡。甜品級顯卡1060更是可以封神了！
應(yīng)該說它現(xiàn)在也是保有量最大的顯卡之一，很多兄弟們在用吧？
最關(guān)鍵的是NVIDIA這代顯卡針對VR帶來了很多黑科技，這對未來元宇宙的發(fā)展意義非凡！
比如Simultaneous Multi-Projection引擎，它帶來了分屏渲染技術(shù)。
VR是大視角，顯示器是平面的。分屏渲染技術(shù)可以在曲面或者球面做分區(qū)輸出，這就把大視角圖像畸變的問題解決了。
而且在VR應(yīng)用下開啟該引擎可以提升30%的幀率，是一種補償幀的技術(shù)，在生成幀的時候預(yù)估你下一瞬間的幀，在中間插入預(yù)先設(shè)定的畫面來提高幀率。緊接著分屏渲染技術(shù)，另一個元宇宙的關(guān)鍵技術(shù)也隨之出現(xiàn)。
2018年NVIDIA正式發(fā)布圖靈架構(gòu)的20系列顯卡，NVIDIA頂級顯卡型號從此進入了RTX時代！
【RT】意思是ray tracing（光線追蹤），象征著RTX2080顯卡擁有非常強大的光線追蹤性能。這款顯卡具備了游戲中實時光線追蹤能力！
英偉達推動顯卡技術(shù)發(fā)生第三次革命，光線追蹤時代到來了！
06
光線追蹤這個提法上個世紀(jì)60年代就有了。
1968年的時候一個IBM工程師提出了光線投射（Ray Casting）概念，逆自然界光線路徑，從人眼發(fā)出光線，穿過圖像平面投射到三維物體表面，計算光線與平面相交的點，就得到了顯示在電腦屏幕上的圖像。
1979年，另一位叫Turner Whitted的哥們在光線投射的基礎(chǔ)上，讓光線在物體表面沿著反射，折射以及散射方式上繼續(xù)傳播，直到與光源相交，得到像素顏色。這就是光線追蹤（Ray Tracing）了。
由于需要計算從眼睛出發(fā)到物體的光線一系列折射、反射、散射結(jié)果，相當(dāng)于重現(xiàn)現(xiàn)實世界的物理規(guī)律，需要的GPU算力和顯存巨大，對顯卡的要求非常高，所以曾有英偉達的工程師開玩笑說，光線追蹤只存在于未來。
前面介紹了，在RTX系列顯卡出來之前，電腦處理3D渲染的方式是做光柵化。
光柵化是場景制作渲染處理好以后顯示到屏幕再到眼睛的過程，不用計算光路，直接“上色”模擬出人眼中的最終成像。
所以此前3D游戲的光影效果，是游戲開發(fā)者預(yù)先做上去的貼圖，反射效果是死的，需要人去設(shè)定，失去了很多細(xì)節(jié)。
比如在老版本的CS里面，墻面的光影不會隨著穿著不同顏色衣服的玩家靠近而變化，也不會隨著爆炸和燃燒而變化，現(xiàn)在看來就顯得很假。
但3D游戲的真實感，恰恰很大程度上就來自于光影效果，而光線追蹤可以直接計算，自動顯示現(xiàn)實中復(fù)雜的光影反射效果，而不需要人工一個個設(shè)置，達到電影級別的細(xì)節(jié)！
有了光線追蹤，游戲。電影里的動態(tài)場景里的光也是隨動態(tài)而變化的，受到周圍環(huán)境各種反射、折射、漫反射的效果影響的，地上有一堆火焰在燃燒那邊上的車身車窗上，都會有火焰的反射在跳動的。
但游戲畢竟不同與電影，電影畫面每個像素可以發(fā)射3000條光線甚至更多,可以慢慢燒錢去渲染，但游戲由于即時互動、算力限制等各方面的影響，即使是3A大作也不敢全部用光線追蹤，大多是光柵化和光線追蹤的結(jié)合。
比如固定的影子就貼圖，再用光線追蹤做實時動態(tài)的光影，而且發(fā)射的光線也根據(jù)權(quán)重進做重要采樣，在畫面幀數(shù)流暢的同時保證生動逼真，以及高分辨率！
為了盡可能彌補算力的遺憾，NVIDIA在高分辨率這塊，又拿出了DLSS，也就是AI深度學(xué)習(xí)高級采樣技術(shù)，能夠在節(jié)省四分之一算力的情況下，達到同樣的4k畫面分辨率效果。
我們接下來聊聊這個DLSS，“深度學(xué)習(xí)超級采樣”技術(shù)。
07
光線追蹤雖然厲害，但是由于計算量太大，對于GPU性能的要求太高，即便最強大的顯卡在跑大型3A游戲如《荒野大嫖客》《堡壘之夜》《賽博朋克2077》的時候，往往4k畫面光追全開 80幀是跑不動的。
相對光追，DLSS技術(shù)顯得更加實用，本質(zhì)是AI人工智能渲染，即渲染更少的像素，然后使用 AI 構(gòu)建更清晰、更高分辨率的圖像。
比如假設(shè)我們現(xiàn)在在放的這個視頻是3D游戲畫面，我邊上這個位置現(xiàn)在是黑色的對吧，那下一幀是什么顏色呢？大概率還是黑色的，因為游戲的畫面在大部分情況下是連續(xù)變化的，下一幀的畫面跟上一幀是有密切的聯(lián)系的。
所以DLSS就可以讓AI去猜像素，等于是計算機通過深度學(xué)習(xí)，能猜出這個畫面可能像素，學(xué)習(xí)的越多，猜的越準(zhǔn)。有點像把馬賽克畫面變成清晰畫面的技術(shù)，可在僅渲染四分之一到半數(shù)像素的前提下，提供與原始分辨率相媲美的畫質(zhì)。
非常類似于人類大腦的腦補功能。
DLSS技術(shù)的根本上是AI技術(shù)，而AI技術(shù)來自于NVIDIA深度學(xué)習(xí)Tensor Core即張量計算核心，又是來自于CUDA技術(shù)！
張量是一個相對于矢量、和矩陣的概念。
區(qū)別于常見的標(biāo)量（0維）、矢量（1維）、矩陣（2維），張量擁有3維或者更高維，本質(zhì)核心上就是一個數(shù)據(jù)容器，可以包含更多維度數(shù)據(jù)。所以張量核心工作方式可以大大加速矩陣運算，主要應(yīng)用于AI深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練和推理操作。
CUDA是適用于通用并行計算的基礎(chǔ)架構(gòu)。用于深度學(xué)習(xí)的張量核心的主要計算恰恰是矩陣計算，也就是適用于GPU的計算方式，在這里顯卡的計算能力遠(yuǎn)超CPU的計算能力！
也就是CUDA不僅讓GPU可以用于原本于圖形計算無關(guān)的人工智能計算，挖礦計算，自動駕駛計算，又反過來提升了圖形計算的能力，因為它們本質(zhì)上都是并行計算。
這就看出來老黃一步一個腳印有多穩(wěn)重，多狠辣了！
2012年谷歌大腦從1000萬張圖中識別一只貓，整個過程動用了1000臺電腦和16000個CPU，后來同樣的工作英偉達僅用了16臺電腦和64個GPU就完成了。
從看準(zhǔn)顯卡接口、開發(fā)CUDA、引入張量、實現(xiàn)光追技術(shù)再到用AI深度學(xué)習(xí)進行高級采樣，隨著全套技術(shù)就位，真實與虛幻的界限被一點點被打通，畢二十年功于一役，黃仁勛才有資格說出那句“要有元宇宙”！
08
2021年第四季度的發(fā)布會上，NVIDIA除了拿出最新的3090TI顯卡以外，還更新了自己的元宇宙平臺Omniverse。
Omniverse是一個創(chuàng)作平臺，號稱通往元宇宙的一個蟲洞。
NVIDIA提供了一個接口標(biāo)準(zhǔn)叫做USD（通用場景描述），等于是各種開發(fā)程序都能對接到這上面來，你是maya也好、3dmax也好、UE4也罷，都可以接到Omniverse實時共同協(xié)作！
做電影的、做室內(nèi)設(shè)計的、做游戲的，不同開發(fā)平臺的技術(shù)人員都可以連接到這個Omniverse里面來，就好像原來規(guī)劃的、設(shè)計的、蓋樓各自為戰(zhàn)，現(xiàn)在隨時看到對方的進度，也可以根據(jù)對方的臨時變動，修訂設(shè)計，而且NVIDIA的技術(shù)如光線追蹤、AI深度學(xué)習(xí)啥的，就都可以無縫對接進來了！
Omniverse還提供物理級沙盒測試的功能。比如想設(shè)計一個杯子，設(shè)計汽車，在里面可以測試它的碰撞性質(zhì)，節(jié)省很多資源。
在過去PC互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)時代，整個計算機產(chǎn)業(yè)的核心是操作系統(tǒng)，是向上對接用戶交互體驗，向下管理計算機硬件資源的平臺，所有掌握操作系統(tǒng)的公司都是巨頭，掌握操作系統(tǒng)的國家可以輕松卡住別人的脖子左右世界格局。
在即將到來的元宇宙時代，很顯然，扎克伯克在嘗試推廣自己旗下的VR設(shè)備以掌握對接用戶的渠道，他面臨大量的競爭對手，鹿死誰手猶未可知。而黃仁勛已經(jīng)切實掌握了管理顯示算力，圖形開發(fā)工具的平臺。他在元宇宙產(chǎn)業(yè)當(dāng)中擁有的先發(fā)優(yōu)勢要比扎克伯格更大。
因為目前的顯卡算力和性能，雖然已經(jīng)可以實現(xiàn)不錯的沉浸感，但要達到完全開啟元宇宙，還不是一時半會能達成的事兒。
其實現(xiàn)在即便是最頂級的顯卡，跑起來大型游戲，在光追效果全開下，達到4K、60幀都是不容易的，更不要說在VR這個更大的屏幕里面完美實現(xiàn)元宇宙所要求的8K，180幀了。
領(lǐng)先者最怕的就是它所掌握的技術(shù)出現(xiàn)了性能過剩，英雄無用武之地，這點觀察近兩年5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大家應(yīng)該能看得非常清楚。
在當(dāng)下這個圖形性能還不能完全滿足用戶的時代，英偉達的每一處領(lǐng)先都會反映到用戶最真切的體驗，形成強大的競爭優(yōu)勢。
這里順便說一下，中國在GPU芯片領(lǐng)域的落后遠(yuǎn)比我們在CPU芯片，內(nèi)存芯片，射頻芯片的落后更為嚴(yán)重。
如果說我們的CPU落后國際水平3到4年的話，中國最領(lǐng)先的GPU公司景嘉微最新款的產(chǎn)品落后國際先進水平則超過十年，我之后會帶給大家國產(chǎn)GPU的測評，我認(rèn)為我們現(xiàn)在處于非常危險的局面。
PC互聯(lián)網(wǎng)用20年的時間發(fā)展成熟，移動互聯(lián)網(wǎng)是我們眼看著從出現(xiàn)到內(nèi)卷只用了不到十年，而元宇宙呢，我認(rèn)為機會窗口最多五到十年，如果我們不希望像PC和移動互聯(lián)網(wǎng)那樣在上游被卡了脖子，那GPU是我們必須要All In的領(lǐng)域。
尾聲
從英偉達為視角追溯顯卡產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展，就可以強烈意識到，在人類上萬年的文明史之中，顯卡技術(shù)不可能只發(fā)展三十年，別說一千年，哪怕是幾十上百年后的顯示技術(shù)會發(fā)達到什么程度已經(jīng)超出了你我的認(rèn)知。
在未來顯卡能呈現(xiàn)了虛擬世界面前，今天的無數(shù)人沉迷的3D大作不過只是又一個貪食蛇與俄羅斯方塊罷了。
古希臘哲學(xué)家赫拉克利特說，萬物皆流，萬物皆變，技術(shù)爆發(fā)如同基因演化，由當(dāng)下無數(shù)條件激發(fā)而成，不以人的意志為轉(zhuǎn)移。
身處以芯片、顯卡為核心的信息技術(shù)洪流裹挾下，我們不知道會被沖向什么終點。但只要這種技術(shù)爆發(fā)迎合了人對于信息對于能量最本質(zhì)的需求，就會如一場革命，徹底顛覆原來的世界。
呼應(yīng)人類創(chuàng)世情懷，匯集所有技術(shù)與想象力的總和，這就是的元宇宙概念誕生之必然。
未來還是可期的，科技就是這樣，不論你喜不喜歡它，它都是要來的！
東方的盤古一斧子，從此有了天地。
西方的上帝說，要有光，于是便有了光。
人類似乎天生有創(chuàng)世情懷。
今天，扎克伯格，說元宇宙來了，于是開啟了元宇宙的魔盒。
他把這個東西說得神乎其神，開天辟地，甚至連公司名字都從Facebook改成了Meta。一時間數(shù)字孿生、生命日志、鏡像世界、數(shù)字星球等新鮮名詞充斥頭條，Roblox、雪崩、頭號玩家、黑客帝國等等流行元素蜂擁而上。
但扎克伯格不是神，也不是什么外星派來毀滅人類的超級機器人，他只是一個野心很大、權(quán)力很大、壓力也很大并且好像精神已經(jīng)有點不太正常的30多歲的創(chuàng)業(yè)者。并不是他哪天起床說一句“要有元宇宙”，元宇宙就出現(xiàn)了。
雖然Facebook擁有目前最流行的VR設(shè)備，但它并不能以一己之力創(chuàng)造元宇宙。
正如我們曾經(jīng)歷過的PC互聯(lián)網(wǎng)，移動互聯(lián)網(wǎng)，必須要依靠芯片算力、操作系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議、3G、4G移動網(wǎng)絡(luò)等等一整套底層技術(shù)才能得以實現(xiàn)一樣，元宇宙作為以VR為交互方式的下一代互聯(lián)網(wǎng)，也需要屬于它的一整套底層技術(shù)作為支撐。
那其中最關(guān)鍵的技術(shù)是什么呢？我認(rèn)為毫無疑問是顯示技術(shù)。
所以，今天讓我們來聊一聊元宇宙概念背后那個被忽略的真正大佬以及他那個創(chuàng)業(yè)二十多年只待元宇宙爆發(fā)的顯卡小宇宙。
01
人類是生活在物質(zhì)宇宙的三維生物，當(dāng)一個3D商業(yè)概念敢自比宇宙的時候，最基本的要求當(dāng)然是重構(gòu)一個三維空間！
宇宙的真實建立在物理規(guī)律上，元宇宙作為人類社會的數(shù)字造物，其基礎(chǔ)則是一整套IT基礎(chǔ)設(shè)施！
IT產(chǎn)業(yè)，向來是先有超前技術(shù)，才有產(chǎn)業(yè)的繁榮。
Windows如此，社交網(wǎng)絡(luò)如此，移動互聯(lián)網(wǎng)如此，元宇宙時代亦也是如此。
拿移動互聯(lián)網(wǎng)時代舉例，首先是手機和智能移動設(shè)備已經(jīng)有了，而且硬件水平——顯示技術(shù)、芯片算力、通訊技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跑在了當(dāng)時手機、軟件廠商的產(chǎn)品力前面。
記得蘋果手機問世的前夜，山寨手機依舊橫行，各種彩屏、立體聲、小游戲、手機qq啥的都出來了，比諾基亞還酷炫，就差喬布斯來整合了！然后07年LG的多點觸摸電容屏，08年蘋果的iPhone3G手機，09年中國3G網(wǎng)絡(luò)上線，“3G元年”開啟，移動互聯(lián)網(wǎng)時代正式來臨……
十多年之后，扎克伯格振臂一呼，大家又開始聊元宇宙了，創(chuàng)意天馬行空，但元宇宙的基礎(chǔ)設(shè)施準(zhǔn)備好了沒有，才是關(guān)鍵，而核心就在于虛擬世界顯示的畫質(zhì)！流暢度！以及呈現(xiàn)出的真實沉浸感！
因為“數(shù)字孿生”也好，虛擬現(xiàn)實也罷，說到底為的就是建立與現(xiàn)實無限接近的虛擬世界，要令人有砸碎屏幕，進入其中的臨場感，才能真正激發(fā)一個人作為三維生物的基因沖動。
所以我們第一個要談到的關(guān)鍵詞，就是幀率。
02
人眼有視覺殘留特性，一個場景快速消失后，神經(jīng)反應(yīng)需要時間，所以畫面在大腦仍然會停留1/24秒，所以一般鏡頭一秒24幀看起來就流暢了。
一旦到了快速移動場景中，比如追車打斗，幀數(shù)少畫面就會拖拖拉拉！而60幀就明顯比30幀的平滑！
游戲?qū)τ趲瑪?shù)要求更高，因為視頻畫面是動態(tài)模糊的，每一幀是記錄了動態(tài)效果，這樣看起來會平滑。但是游戲畫面是顯卡一幀一幀渲染出來連續(xù)的靜態(tài)畫面，電腦要根據(jù)游戲情節(jié)變化去顯示下一幀畫面，幀數(shù)就有可能不均勻，一旦下一個場景動態(tài)強，畫面復(fù)雜，顯卡渲染不過來，就有可能掉幀，出現(xiàn)卡頓！
如果這出現(xiàn)在在VR或者元宇宙場景里面，我的世界就出bug崩塌了，是完全不能接受的事情！
世上明明沒有六脈神劍這種武功，沒有猴子能耍一萬多斤的棒子，沒有美輪美奐的天宮仙山，但只要接受了自洽的設(shè)定，哪怕細(xì)節(jié)不到位，也能看得暢快淋漓。
這是因為以往我們在屏幕里看電影玩游戲，我們一直能看到屏幕外的世界，不管你的像素是80K還是800K，你的幀率是200幀還是2000幀，只要我還能看到我拿著手機的手，其實就不可能完全沉浸其中，我們的大腦一直在虛擬世界和現(xiàn)實世界中跳入跳出，畫面有點小出入大腦隨時可以腦補調(diào)整過來，游戲?qū)嵲诳ǖ貌恍辛宋蚁忍鋈セ貍�微信總行吧。
然而一旦整個意識感覺沉浸元宇宙中了，大腦就難以跳出了。
而且那些越貼近我們?nèi)粘｜c滴的東西，比如乒乓球撞擊球拍的震動、汽車窗外飛馳的掠影、手中木棍揮過的殘影，一旦與現(xiàn)實不一致，大腦就會出現(xiàn)強烈的失真不適感。
這就是為什么很多人玩VR時候，一旦畫面卡頓，掉幀，就會頭暈?zāi)X脹，甚至難受嘔吐。
如果說古早小說到現(xiàn)在電腦游戲，都是人腦去適應(yīng)創(chuàng)作者的設(shè)定，卡頓也不要緊，那么元宇宙的構(gòu)建一開始就必須完全適應(yīng)大腦的運作機制，然后才有天馬行空。
因此元宇宙對人類的顯示技術(shù)提出了比以往高得多的要求，現(xiàn)在普遍的說法認(rèn)為只有當(dāng)分辨率達到16K、刷新率到達180hz以后，VR才能達到肉眼的完全沉浸感。從1080P到4K再到8K，畫面越是細(xì)膩強大越真實，GPU需要處理的像素數(shù)據(jù)就越多，對顯卡性能的要求也越高！
所以顯示技術(shù)才是元宇宙這個數(shù)字世界最重要的底層技術(shù)，是元宇宙的基石。而顯示技術(shù)要逼真還原世界的動態(tài)細(xì)節(jié)、清晰度、流暢度，其所需要的3D算力對元宇宙基礎(chǔ)設(shè)施建構(gòu)的作用更是核心中的核心，是驅(qū)動元宇宙的原動力。
03
目前討論最熱的VR也好和腦機接口也罷，即便也有內(nèi)置芯片，但算力不夠，說到底是個輸入/輸出設(shè)備，只是進入元宇宙的入口，元宇宙是否立得住，適應(yīng)人的觀感，還得在于顯卡算力。
目前圖像處理領(lǐng)域的最強王者，毫無疑問就是領(lǐng)跑顯卡技術(shù)和性能多年的NVIDIA，英偉達。而它的創(chuàng)始人黃仁勛，正是那個在扎克伯格背后，多次推動顯示技術(shù)變革，肩扛起整個元宇宙產(chǎn)業(yè)的男人。
英偉達在目前IT硬件行業(yè)地位，無需多言，而“皮衣刀客”黃仁勛是其靈魂所在！
老黃是顯卡界的傳奇人物，自1993年創(chuàng)辦英偉達至今，一直擔(dān)任首席執(zhí)行官，一手推動顯卡技術(shù)進化到今天。
黃仁勛1963年生于我國臺灣省，9歲搬去美國肯塔基州，大學(xué)畢業(yè)后前往硅谷，并斯坦福大學(xué)在職進修碩士，練就了圖形處理芯片技術(shù)功力，也洞悉了市場規(guī)律。
90年代初，電腦從DOS操作系統(tǒng)過渡Windows。在此之前，DOS的界面就是個黑屏，圖形處理芯片并不重要，而Windows一統(tǒng)天下之后，顯卡逐漸重要起來。
那時顯卡還不叫顯卡，叫圖形加速卡，2D為主，3D為輔，甚至2D加速卡和3D加速卡是兩塊卡，還不完全是今天我們熟知的顯卡！隨著win95視窗時代的到來，電腦游戲3D化。對于顯卡的3d需要也隨之來了！
1993年，瞄準(zhǔn)這一新藍海的英偉達成立，全能的老黃被創(chuàng)業(yè)伙伴推舉為總裁兼CEO，準(zhǔn)備大干一場。但沒想到， 英偉達頭兩代產(chǎn)品NV1和NV2接連撲街，黃仁勛碰了一鼻子灰。
90年代初的顯卡產(chǎn)業(yè)，有點東漢末年，天下大變，群雄逐鹿的意思，市場機會多風(fēng)險也大。
當(dāng)時3d時代的顯卡霸主，是3DFX公司大名鼎鼎的Voodoo（巫毒）卡。
巫毒卡的特點是3d和2d兩張卡一起使用，兩張卡配合起來玩3d游戲Quake2那不要太爽。我第一次接觸到Voodoo卡就是在網(wǎng)吧打Quake2聯(lián)機，那時候Voodoo簡直是神話！市場占有率一度達到85%，那是絕對的王者。
一霸之外，還有S3、matrox兩強，而NVIDIA與后來相愛相殺的ATI等等都只是一大堆的顯卡公司中一員，連 intel都發(fā)布了顯卡I740，希望分一杯羹！
這個背景下， 初出茅廬的NVIDIA與1995年發(fā)布了雄心勃勃的NV1，像個游戲綜合卡，把2d、3D、聲卡、甚至手柄控制都集合在了同一張卡上。
老黃認(rèn)準(zhǔn)未來顯卡作用肯定以游戲為王，既然如此，一次性給你解決不就好了？
想法很豐滿，現(xiàn)實很骨感，NV1功能多價格高，技術(shù)也并不占優(yōu)勢，在市場檢驗中敗下陣來，公司都差點黃了。
但天無絕人之路，恰恰是NV1看上去最不靠譜的支持游戲手柄功能引起了世嘉游戲機公司的興趣，投資老黃700萬美元，讓他為世嘉游戲機DC——土星游戲機做顯示芯片,也就是NV2。
結(jié)果由于3d顯示的技術(shù)基礎(chǔ)原理是繪制三角形，老黃偏要繪制方塊，結(jié)果買賣黃了，NV2也廢了，但無論如何這700萬美元，讓NVIDIA活下來了。
連續(xù)失敗后，老黃痛定思痛，埋頭3年之后推出了NV3，即Riva 128，修改了之前的很多錯誤，采用三角形繪圖，并且支持新的AGP接口，OpenGL，最重要的是支持了微軟的Direct3D API接口！
API接口問題非常重要，它是連接電腦和顯卡圖形工作的橋梁，把不同平臺、不同操作系統(tǒng)的游戲接入到電腦上統(tǒng)一跑起來。
如同曹操拿到了漢獻帝的“衣帶詔”，局面一下打開了。
畢竟當(dāng)時顯卡市場群雄割據(jù)，沒有統(tǒng)一API接口，各干各的，各家游戲無法方便地在統(tǒng)一的PC和游戲機等顯卡平臺運行。
NV1 的失敗很大程度上就是因為不支持最早實現(xiàn)統(tǒng)一的OpenGL標(biāo)準(zhǔn)。而正如我們之前聊過的，PC時代計算機產(chǎn)業(yè)的核心是操作系統(tǒng)，所以后來微軟基于Windows系統(tǒng)，推出了自己的API—— Direct3D標(biāo)準(zhǔn)后，老黃看準(zhǔn)WIN視窗系統(tǒng)是未來趨勢，所以NV3立馬第一個支持Direct3D，迅速就打開了市場。
顯卡火了，錢包鼓了，老黃干勁十足，從98年到99年，英偉達連續(xù)推出TNT核心和TNT2核心顯卡，逐漸走上一線顯卡核心行列。艾爾莎、麗臺、技嘉等顯卡大廠也紛紛推出基于TNT2 核心的自家顯卡，
基于TNT2核心，老黃一舉推出TNT2 Ultra、TNT2 Pro、TNT2、TNT2 M64等多個高低版本，舉刀切分整個顯卡市場，還配套推出“鐳管”驅(qū)動，立于不敗之地，將顯卡產(chǎn)業(yè)送入TNT時代。
黃仁勛的“傳奇刀客”生涯也從此開始。
04
1999 年下半年，互聯(lián)網(wǎng)泡沫正處于極盛階段，老黃在新一代NV顯卡上放出了自己的真正大招GeForce 256 GPU。
為表隆重，如同后來蘋果手機跳過9一樣，老黃將引入GPU概念的新顯卡代號從NV5一下跳到NV10，正式在向所有人推出GPU 概念，這是英偉達推動的第一次顯卡技術(shù)革命。
CPU大家很熟，全名叫做Central Processing Unit， 中央處理器。
而GPU，全名Graphic Processing Unit，中文，圖形處理器。
老黃提出的GPU概念，從技術(shù)層面說，就是支持硬件加速，又叫 T&L引擎。
這里T 是 Transform ，L是 lighting，是指坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與光照處理，是3D畫面顯示的關(guān)鍵步驟。
3D游戲的畫面是將原本靜態(tài)3D場景投射成顯示器的2D畫面，并一幀一幀連續(xù)呈現(xiàn)。其中主要分四步，1、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；2、光照處理；3、三角形設(shè)定；4、著色渲染。
每一幀，電腦都先要對3D建模人物和場景進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，算出所對應(yīng)的二維投影，之后就是光照處理，大量計算光影的對應(yīng)關(guān)系，因為沒有光啥也看不見，有了光，3D物體就有了的具體呈現(xiàn)。
第三步，就是根據(jù)已經(jīng)轉(zhuǎn)化成二維坐標(biāo)的點，去算出一個個三角形。為什么是三角形呢？因為構(gòu)建一個平面最少需要三個點。生成完畢后，等于骨架模型被附著一套三角形網(wǎng)格，為下一步的渲染做準(zhǔn)備，三角形越多，效果就越生動細(xì)膩。
有了前三步的大量計算，最后是光柵化著色渲染。
先把連續(xù)的三角形分解成一個個“積木”，確定顏色，然后對重疊的“積木”進行色彩分析，覆蓋融合，一步步確定二維圖像每個像素顯示的顏色、深度和紋理數(shù)據(jù)，最終在屏幕中呈現(xiàn)彩色畫面。渲染這步非常類似現(xiàn)實中的上色，先來底色，在上陰影與紋理，只不過電腦是一個個像素處理。
原來顯卡的主要作用就是第四步的像素填充渲染等工作，而前面大量需要計算的部分，是由CPU來完成的！CPU分給我顯卡什么任務(wù)我就干什么。
有了GPU，顯卡正式從CPU手中接手了絕大部分圖形處理的工作，哥們從一個“圖形加速器”，成功變成“處理器”了！
NV10顯卡首次帶來了256位的3D計算單元，首次集成4像素渲染線，并支持DX7.0及OpenGL，核心內(nèi)部集成了2300萬個晶體管，是當(dāng)時英特爾奔騰3處理器的2倍以上！直接炸裂！本來一個輔助，現(xiàn)在成了carry了。
由于劃時代里程碑意義，NVIDIA GeForce這個名字一直沿用至今20多年。
GeForce 256與GPU概念的出現(xiàn)，讓英偉達把市面上與TNT2爭奪天下的，如3DFX Voodoo 3、MATROX G400、S3 Savage4等廠商品牌的顯卡打得潰不成軍。
就在英偉達即將一統(tǒng)江湖時，之前并不強勢的顯卡老廠ATI殺了出來，不緊不慢地在2000年推出Radeon（鐳）品牌，ATI 也開始支持硬件 T&L，開創(chuàng)了GPU領(lǐng)域的兩強爭霸時代，一度壓了英偉達半頭。
但隨著2006年，ATI被AMD收購，而英偉達次年推出G80顯卡——GeForce 8800 GTX 核心為代表的這代芯片，此后十年，雙方逐漸拉開了距離。
老黃終于坐穩(wěn)了顯卡王座，唯一的對手只有時代。
05
2008年之后，摩爾定律帶來的計算提升速度已經(jīng)開始放緩，很多人也為芯片算力未來發(fā)展的瓶頸擔(dān)心。
而老黃敏銳地發(fā)現(xiàn)了一個問題，也就是顯卡的算力越來越強大，它是否應(yīng)該局限于傳統(tǒng)的3D游戲畫面計算呢？在不玩游戲的時候它的算力難道就理所當(dāng)然應(yīng)該閑置在那里嗎？
答案當(dāng)然是否定的。
在前面提到的G80顯卡中，有一項關(guān)鍵的技術(shù)，叫做CUDA。
CUDA是一個軟硬件協(xié)同通用并行計算架構(gòu)系統(tǒng)，利用圖形處理器來計算原本只由CPU處理的通用計算任務(wù)，哪怕與圖形處理沒有任何關(guān)系。
優(yōu)勢之處在于，GPU里面有很多核心，每個核心都是一個處理單元，CUDA可以讓他們同時并行工作，類似眾人拾柴火焰高的感覺！比如我們搬磚，你讓CPU來搬，它就得一塊一個的搬。而CUDA可以讓GPU里的一大堆核心共同工作，對著一堆磚群毆，集體工作，那自然就快了！
專業(yè)點的詞語叫，并行計算，而CPU那種搬完一塊再搬一塊，叫串行計算。
我們可以把CPU理解為一個博士，微積分肯定他做的很好。
但是CUDA是一群中學(xué)生，如果我們有一大堆四則運算的工作，一群中學(xué)生肯定比一個博士生快��！CUDA出現(xiàn)的意義，使用CPU的“中央處理”向CPU與GPU并用的“協(xié)同處理”發(fā)展的階段，對平時浪費掉的GPU算力進行了深度的開發(fā)，讓GPU走到了GPGPU階段——即通用圖形處理器。
CUDA提供了GPU編程的簡易接口，支持如C/C++，Python，F(xiàn)ortran等語言，可以構(gòu)建基于GPU計算的各種應(yīng)用，比如視頻剪輯、科學(xué)計算、高清視頻轉(zhuǎn)碼播放，乃至金融和醫(yī)療服務(wù)程序，都可以在支持CUDA的GPU處理器上以超高性能運行計算。
也就是說CUDA讓顯卡GPU在不斷分擔(dān)CPU的工作，提升計算機整體的算力！這也是為啥顯卡在挖礦領(lǐng)域比CPU要有用，因為挖礦的計算更依賴于群毆，GPU計算效率更高！
CUDA英偉達推動的第二次顯卡技術(shù)革命，是老黃在公司營收只有30億美元時，直接砸下5億美元研發(fā)的一次豪賭！
這場豪賭對NVIDIA后來的發(fā)展意義非凡，可以說是打通了NVIDIA未來技術(shù)的任督二脈，后來我們看到的張量核心、AI、光線追蹤、元宇宙，乃至NVIDIA到目前圖形領(lǐng)域的整個老大地位！都離不開CUDA作為基礎(chǔ)。
黃仁勛再也不用把公司未來綁在3D游戲上，也為圖形顯示技術(shù)的真正未來埋下伏筆。
2006-2016這十年是NVIDIA長足進步的十年，各種以科學(xué)家命名的GPU架構(gòu)，Tesla、Fermi、Kepler、Maxwell、Pascal、Volta、Turing……依次登場，當(dāng)然隨著顯卡性能的不斷增強，價格水漲船高，乃至功耗、發(fā)熱量也節(jié)節(jié)攀升！
到GTX480這個階段，在功耗方面，NVIDIA開啟了一個核時代！GTX690的戰(zhàn)術(shù)核顯卡更是名噪一時。
2016年，NVIDIA采用帕斯卡架構(gòu)的GTX1080TI系列顯卡發(fā)布！由于《絕地求生》游戲、挖礦等因素影響，10系列顯卡一度到了一卡難求的情況。甚至因為市場上無貨，很多挖坑的人去買品牌機拆顯卡。甜品級顯卡1060更是可以封神了！
應(yīng)該說它現(xiàn)在也是保有量最大的顯卡之一，很多兄弟們在用吧？
最關(guān)鍵的是NVIDIA這代顯卡針對VR帶來了很多黑科技，這對未來元宇宙的發(fā)展意義非凡！
比如Simultaneous Multi-Projection引擎，它帶來了分屏渲染技術(shù)。
VR是大視角，顯示器是平面的。分屏渲染技術(shù)可以在曲面或者球面做分區(qū)輸出，這就把大視角圖像畸變的問題解決了。
而且在VR應(yīng)用下開啟該引擎可以提升30%的幀率，是一種補償幀的技術(shù)，在生成幀的時候預(yù)估你下一瞬間的幀，在中間插入預(yù)先設(shè)定的畫面來提高幀率。緊接著分屏渲染技術(shù)，另一個元宇宙的關(guān)鍵技術(shù)也隨之出現(xiàn)。
2018年NVIDIA正式發(fā)布圖靈架構(gòu)的20系列顯卡，NVIDIA頂級顯卡型號從此進入了RTX時代！
【RT】意思是ray tracing（光線追蹤），象征著RTX2080顯卡擁有非常強大的光線追蹤性能。這款顯卡具備了游戲中實時光線追蹤能力！
英偉達推動顯卡技術(shù)發(fā)生第三次革命，光線追蹤時代到來了！
06
光線追蹤這個提法上個世紀(jì)60年代就有了。
1968年的時候一個IBM工程師提出了光線投射（Ray Casting）概念，逆自然界光線路徑，從人眼發(fā)出光線，穿過圖像平面投射到三維物體表面，計算光線與平面相交的點，就得到了顯示在電腦屏幕上的圖像。
1979年，另一位叫Turner Whitted的哥們在光線投射的基礎(chǔ)上，讓光線在物體表面沿著反射，折射以及散射方式上繼續(xù)傳播，直到與光源相交，得到像素顏色。這就是光線追蹤（Ray Tracing）了。
由于需要計算從眼睛出發(fā)到物體的光線一系列折射、反射、散射結(jié)果，相當(dāng)于重現(xiàn)現(xiàn)實世界的物理規(guī)律，需要的GPU算力和顯存巨大，對顯卡的要求非常高，所以曾有英偉達的工程師開玩笑說，光線追蹤只存在于未來。
前面介紹了，在RTX系列顯卡出來之前，電腦處理3D渲染的方式是做光柵化。
光柵化是場景制作渲染處理好以后顯示到屏幕再到眼睛的過程，不用計算光路，直接“上色”模擬出人眼中的最終成像。
所以此前3D游戲的光影效果，是游戲開發(fā)者預(yù)先做上去的貼圖，反射效果是死的，需要人去設(shè)定，失去了很多細(xì)節(jié)。
比如在老版本的CS里面，墻面的光影不會隨著穿著不同顏色衣服的玩家靠近而變化，也不會隨著爆炸和燃燒而變化，現(xiàn)在看來就顯得很假。
但3D游戲的真實感，恰恰很大程度上就來自于光影效果，而光線追蹤可以直接計算，自動顯示現(xiàn)實中復(fù)雜的光影反射效果，而不需要人工一個個設(shè)置，達到電影級別的細(xì)節(jié)！
有了光線追蹤，游戲。電影里的動態(tài)場景里的光也是隨動態(tài)而變化的，受到周圍環(huán)境各種反射、折射、漫反射的效果影響的，地上有一堆火焰在燃燒那邊上的車身車窗上，都會有火焰的反射在跳動的。
但游戲畢竟不同與電影，電影畫面每個像素可以發(fā)射3000條光線甚至更多,可以慢慢燒錢去渲染，但游戲由于即時互動、算力限制等各方面的影響，即使是3A大作也不敢全部用光線追蹤，大多是光柵化和光線追蹤的結(jié)合。
比如固定的影子就貼圖，再用光線追蹤做實時動態(tài)的光影，而且發(fā)射的光線也根據(jù)權(quán)重進做重要采樣，在畫面幀數(shù)流暢的同時保證生動逼真，以及高分辨率！
為了盡可能彌補算力的遺憾，NVIDIA在高分辨率這塊，又拿出了DLSS，也就是AI深度學(xué)習(xí)高級采樣技術(shù)，能夠在節(jié)省四分之一算力的情況下，達到同樣的4k畫面分辨率效果。
我們接下來聊聊這個DLSS，“深度學(xué)習(xí)超級采樣”技術(shù)。
07
光線追蹤雖然厲害，但是由于計算量太大，對于GPU性能的要求太高，即便最強大的顯卡在跑大型3A游戲如《荒野大嫖客》《堡壘之夜》《賽博朋克2077》的時候，往往4k畫面光追全開 80幀是跑不動的。
相對光追，DLSS技術(shù)顯得更加實用，本質(zhì)是AI人工智能渲染，即渲染更少的像素，然后使用 AI 構(gòu)建更清晰、更高分辨率的圖像。
比如假設(shè)我們現(xiàn)在在放的這個視頻是3D游戲畫面，我邊上這個位置現(xiàn)在是黑色的對吧，那下一幀是什么顏色呢？大概率還是黑色的，因為游戲的畫面在大部分情況下是連續(xù)變化的，下一幀的畫面跟上一幀是有密切的聯(lián)系的。
所以DLSS就可以讓AI去猜像素，等于是計算機通過深度學(xué)習(xí)，能猜出這個畫面可能像素，學(xué)習(xí)的越多，猜的越準(zhǔn)。有點像把馬賽克畫面變成清晰畫面的技術(shù)，可在僅渲染四分之一到半數(shù)像素的前提下，提供與原始分辨率相媲美的畫質(zhì)。
非常類似于人類大腦的腦補功能。
DLSS技術(shù)的根本上是AI技術(shù)，而AI技術(shù)來自于NVIDIA深度學(xué)習(xí)Tensor Core即張量計算核心，又是來自于CUDA技術(shù)！
張量是一個相對于矢量、和矩陣的概念。
區(qū)別于常見的標(biāo)量（0維）、矢量（1維）、矩陣（2維），張量擁有3維或者更高維，本質(zhì)核心上就是一個數(shù)據(jù)容器，可以包含更多維度數(shù)據(jù)。所以張量核心工作方式可以大大加速矩陣運算，主要應(yīng)用于AI深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練和推理操作。
CUDA是適用于通用并行計算的基礎(chǔ)架構(gòu)。用于深度學(xué)習(xí)的張量核心的主要計算恰恰是矩陣計算，也就是適用于GPU的計算方式，在這里顯卡的計算能力遠(yuǎn)超CPU的計算能力！
也就是CUDA不僅讓GPU可以用于原本于圖形計算無關(guān)的人工智能計算，挖礦計算，自動駕駛計算，又反過來提升了圖形計算的能力，因為它們本質(zhì)上都是并行計算。
這就看出來老黃一步一個腳印有多穩(wěn)重，多狠辣了！
2012年谷歌大腦從1000萬張圖中識別一只貓，整個過程動用了1000臺電腦和16000個CPU，后來同樣的工作英偉達僅用了16臺電腦和64個GPU就完成了。
從看準(zhǔn)顯卡接口、開發(fā)CUDA、引入張量、實現(xiàn)光追技術(shù)再到用AI深度學(xué)習(xí)進行高級采樣，隨著全套技術(shù)就位，真實與虛幻的界限被一點點被打通，畢二十年功于一役，黃仁勛才有資格說出那句“要有元宇宙”！
08
2021年第四季度的發(fā)布會上，NVIDIA除了拿出最新的3090TI顯卡以外，還更新了自己的元宇宙平臺Omniverse。
Omniverse是一個創(chuàng)作平臺，號稱通往元宇宙的一個蟲洞。
NVIDIA提供了一個接口標(biāo)準(zhǔn)叫做USD（通用場景描述），等于是各種開發(fā)程序都能對接到這上面來，你是maya也好、3dmax也好、UE4也罷，都可以接到Omniverse實時共同協(xié)作！
做電影的、做室內(nèi)設(shè)計的、做游戲的，不同開發(fā)平臺的技術(shù)人員都可以連接到這個Omniverse里面來，就好像原來規(guī)劃的、設(shè)計的、蓋樓各自為戰(zhàn)，現(xiàn)在隨時看到對方的進度，也可以根據(jù)對方的臨時變動，修訂設(shè)計，而且NVIDIA的技術(shù)如光線追蹤、AI深度學(xué)習(xí)啥的，就都可以無縫對接進來了！
Omniverse還提供物理級沙盒測試的功能。比如想設(shè)計一個杯子，設(shè)計汽車，在里面可以測試它的碰撞性質(zhì)，節(jié)省很多資源。
通過這個Omniverse平臺就可以在元宇宙中完整設(shè)計制造東西，直接用于現(xiàn)實宇宙，如同蟲洞溝通兩個星球。
在過去PC互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)時代，整個計算機產(chǎn)業(yè)的核心是操作系統(tǒng)，是向上對接用戶交互體驗，向下管理計算機硬件資源的平臺，所有掌握操作系統(tǒng)的公司都是巨頭，掌握操作系統(tǒng)的國家可以輕松卡住別人的脖子左右世界格局。
在即將到來的元宇宙時代，很顯然，扎克伯克在嘗試推廣自己旗下的VR設(shè)備以掌握對接用戶的渠道，他面臨大量的競爭對手，鹿死誰手猶未可知。而黃仁勛已經(jīng)切實掌握了管理顯示算力，圖形開發(fā)工具的平臺。他在元宇宙產(chǎn)業(yè)當(dāng)中擁有的先發(fā)優(yōu)勢要比扎克伯格更大。
因為目前的顯卡算力和性能，雖然已經(jīng)可以實現(xiàn)不錯的沉浸感，但要達到完全開啟元宇宙，還不是一時半會能達成的事兒。
其實現(xiàn)在即便是最頂級的顯卡，跑起來大型游戲，在光追效果全開下，達到4K、60幀都是不容易的，更不要說在VR這個更大的屏幕里面完美實現(xiàn)元宇宙所要求的8K，180幀了。
領(lǐng)先者最怕的就是它所掌握的技術(shù)出現(xiàn)了性能過剩，英雄無用武之地，這點觀察近兩年5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大家應(yīng)該能看得非常清楚。
在當(dāng)下這個圖形性能還不能完全滿足用戶的時代，英偉達的每一處領(lǐng)先都會反映到用戶最真切的體驗，形成強大的競爭優(yōu)勢。
這里順便說一下，中國在GPU芯片領(lǐng)域的落后遠(yuǎn)比我們在CPU芯片，內(nèi)存芯片，射頻芯片的落后更為嚴(yán)重。
如果說我們的CPU落后國際水平3到4年的話，中國最領(lǐng)先的GPU公司景嘉微最新款的產(chǎn)品落后國際先進水平則超過十年，我之后會帶給大家國產(chǎn)GPU的測評，我認(rèn)為我們現(xiàn)在處于非常危險的局面。
PC互聯(lián)網(wǎng)用20年的時間發(fā)展成熟，移動互聯(lián)網(wǎng)是我們眼看著從出現(xiàn)到內(nèi)卷只用了不到十年，而元宇宙呢，我認(rèn)為機會窗口最多五到十年，如果我們不希望像PC和移動互聯(lián)網(wǎng)那樣在上游被卡了脖子，那GPU是我們必須要All In的領(lǐng)域。
尾聲
從英偉達為視角追溯顯卡產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展，就可以強烈意識到，在人類上萬年的文明史之中，顯卡技術(shù)不可能只發(fā)展三十年，別說一千年，哪怕是幾十上百年后的顯示技術(shù)會發(fā)達到什么程度已經(jīng)超出了你我的認(rèn)知。
在未來顯卡能呈現(xiàn)了虛擬世界面前，今天的無數(shù)人沉迷的3D大作不過只是又一個貪食蛇與俄羅斯方塊罷了。
古希臘哲學(xué)家赫拉克利特說，萬物皆流，萬物皆變，技術(shù)爆發(fā)如同基因演化，由當(dāng)下無數(shù)條件激發(fā)而成，不以人的意志為轉(zhuǎn)移。
身處以芯片、顯卡為核心的信息技術(shù)洪流裹挾下，我們不知道會被沖向什么終點。但只要這種技術(shù)爆發(fā)迎合了人對于信息對于能量最本質(zhì)的需求，就會如一場革命，徹底顛覆原來的世界。
呼應(yīng)人類創(chuàng)世情懷，匯集所有技術(shù)與想象力的總和，這就是的元宇宙概念誕生之必然。
未來還是可期的，科技就是這樣，不論你喜不喜歡它，它都是要來的！
