深度学习超级采样（DLSS）是Nvidia开发的一种专有图像重建和升级技术，用于实时图形渲染，主要应用于视频游戏。它利用深度学习和神经网络模型，从较低分辨率的输入中重建高分辨率图像，旨在提高帧率，同时保持与原生渲染相当的视觉保真度。该技术集成在Nvidia的GeForce RTX显卡中，是其RTX系列的关键特性，与其他硬件供应商的类似升级解决方案竞争。
DLSS的工作原理是以较低的内部分辨率渲染游戏，然后使用训练好的神经网络将图像升级到显示器的原生分辨率。该网络在高品质、高分辨率的帧上进行训练，以学习推断在下采样过程中丢失的细节，如纹理和边缘。这一过程减少了GPU的计算负载，从而允许更高的帧率或启用原本过于苛刻的光线追踪效果。该技术已通过多个版本演进，每次迭代都改善了图像质量、时间稳定性和性能。
历史与发展
Nvidia于2018年首次宣布DLSS，同时推出其Turing架构和GeForce RTX 20系列。初始版本DLSS 1.0需要针对每个游戏进行训练，并使用固定的神经网络，这因其需要特定游戏的优化而限制了其采用。2020年，Nvidia在Ampere架构中引入了DLSS 2.0，用通用网络取代了逐游戏的方法，该网络利用前一帧的时间反馈，显著提高了质量和集成便利性。此版本在许多游戏中得到了广泛采用。
2023年，Nvidia发布了DLSS 3，增加了帧生成技术。该功能使用人工智能模型在渲染帧之间生成全新帧，有效地将帧率提高一倍或两倍。DLSS 3还引入了Nvidia Reflex，一种延迟降低技术，以减轻帧生成可能导致的输入延迟。最新版本DLSS 4于2025年发布，通过基于transformer的架构进一步优化了升级模型，取代了之前的卷积神经网络，并引入了多帧生成以实现更高性能。
技术方法
DLSS依赖于一个深度学习模型，该模型在大量高分辨率图像及其对应的低分辨率版本数据集上进行训练。训练过程涉及以各种分辨率渲染场景，并使用高分辨率版本作为基准真值。网络学习预测缺失的高频细节，如纹理图案和细微边缘，同时处理来自运动向量的时间信息，以减少重影和伪影。
DLSS的核心是卷积神经网络，尽管DLSS 4转向了transformer架构，该架构更擅长捕捉图像中的长距离依赖关系。该模型在Nvidia GPU内的专用张量核心上运行，这些核心是用于矩阵运算的专用硬件，从而实现实时推理。升级过程与时间抗锯齿相结合，网络利用前一帧的信息来稳定图像并随时间提高质量。
DLSS 3中引入的帧生成使用一个单独的神经网络在两个连续渲染帧之间进行插值。该网络估计光流并生成一个新帧插入其间，从而提高感知帧率。生成的帧不是由GPU渲染的，而是合成的，如果在快速移动场景中处理不当，可能会导致伪影。Nvidia通过使用运动向量及其RTX 40和50系列GPU上的专用光流加速器来缓解这一问题。
硬件与软件集成
DLSS仅在Nvidia的GeForce RTX GPU上可用，从RTX 20系列开始。该技术需要张量核心，所有RTX显卡均具备，并通过Nvidia驱动程序和DLSS SDK提供支持。游戏开发者使用SDK将DLSS集成到其引擎中，该SDK提供升级和帧生成功能。Nvidia还提供DLSS作为其更广泛的RTX技术套件的一部分，其中包括光线追踪和其他基于AI的功能。
软件栈包括对Unreal Engine和Unity等流行游戏引擎的插件，使集成变得简单。DLSS还用于专业应用，如3D渲染和视频编辑，可加速预览和最终输出。Nvidia通过驱动程序更新定期更新DLSS模型，从而无需游戏补丁即可实现改进。
与其他方案的比较
DLSS与其他升级技术竞争，特别是AMD的FidelityFX Super Resolution（FSR）和Intel的Xe Super Sampling（XeSS）。AMD的FSR是一种开源解决方案，可在更广泛的硬件上运行，包括旧GPU甚至集成显卡，但它不使用专用AI硬件，而是依赖空间和时间算法。Intel的XeSS采用与DLSS类似的基于AI的方法，但专为其Arc GPU设计，尽管它也支持其他供应商的硬件。
DLSS通常因其图像质量和性能而受到赞誉，尤其是在其最新版本中，但它仅限于Nvidia硬件。相比之下，FSR更易访问，但通常产生较低质量的结果，尤其是在较低分辨率下。这些技术的选择通常取决于用户的GPU品牌以及他们对专有与开放解决方案的偏好。截至2025年，DLSS仍然是游戏行业中最广泛采用的AI升级技术。
影响与评价
DLSS对游戏行业产生了重大影响，使消费级硬件上的高保真图形和光线追踪成为可能。它被认为使光线追踪在实时应用中变得可行，因为升级带来的性能提升弥补了光线追踪的计算成本。该技术还影响了其他基于AI的图形技术的发展，如帧生成和神经渲染。
批评者指出，DLSS可能会引入伪影，尤其是在早期版本中，并且帧生成可能导致快节奏游戏中的视觉不一致。然而，后续更新在很大程度上解决了这些问题，DLSS现在被认为是许多AAA级游戏的标准功能。该技术也被应用于虚拟现实和云游戏，在这些领域，它有助于在性能较低的硬件上保持高帧率。截至2025年，DLSS是Nvidia GPU的关键差异化因素，也是其在高端图形细分市场占据主导地位的主要因素。