超能课堂(147):DDR、GDDR显存傻傻分不清?

2018-8-2 17:29  |  作者:梁俊豪   |  关键字:超能课堂,显存,GDDR6,HBM 2

我的电脑刚用上DDR4,怎么显卡就用GDDR6了?而且频率还跑得那么高?是不是理不清它们之间的关系?下面就让我们重新回顾一下显存的发展历史,展望下一代GDDR6显存的一些新特性。

本文约2842字,需5分钟阅读

NVIDIA新一代显卡即将出炉,尽管对于个中细节并不了解细节,但业界普遍认为无论是NVIDIA还是AMD,新一代显卡搭载GDDR6显存可能性极高。什么?我的电脑才用上DDR4,怎么显卡就用GDDR6了?而且频率还跑得那么高?是不是理不清它们之间的关系?下面就让我们重新回顾一下显存的发展历史,展望下一代GDDR6显存的一些新特性。

其实DDR内存和GDDR显存本来就是同宗同源,初期时DDR/GDDR、DDR2/GDDR2其实规范差异很小,频率等参数基本上都是一致,两者不分家,因此当时显卡即可以用DDR2颗粒,也可以用GDDR2显存颗粒。


这个图表是不是很熟悉?


DDR的带宽发展远远跟不上GDDR

因此显存与内存分道扬镳是基于技术需求上的考虑,毕竟术业有专攻,GDDR显存的推出就是更好地满足GPU胃口,达到更好的性能。

但是后期由于超大规模集成电路技术飞速进步,加上人们对于显卡性能日益增长的需求,普通的GDDR/GDDR2显存已经不能满足显卡GPU高速交互数据需求,毕竟GPU没有像CPU那样设计有大容量L1、L2、L3缓存,而且GPU与显存之间的数据交换非常频繁,还是那种大容量的纹理贴图数据,需要更高的显存带宽;其二是显存可以直接集成于显卡PCB上,不必像内存那样做成独立部件,又要考虑走线、信号传输延迟,可以专门做定向优化,同时提高显存位宽有利于减少显存颗粒,在显卡上实现更高容量的显存集成。


DRAM针对不同用途的定向演化

GDDR(Graphics Double Date Rate SDRAM,双倍速率同步动态随机存储器)

和DDR一样都是采用2bit预取,同时可以在一个时钟周期的上升沿和下降沿分别传输一次数据,这样就实现单时间周期两倍的传输速率。但此时GDDR频率并不比DDR要高出多少,但是GDDR为了追求更高的频率,在延迟要求上有所放宽。

GDDR颗粒为了追求大位宽,因此容量会特别小,那时候都是8×16Bit的规格,也就是一颗GDDR显存才16MB大小,而同期的DDR内存颗粒可以做到32甚至64MB大小。

如果你浸淫在PC DIY界多年,你可能会记得以前DDR、GDDR显存颗粒都是这种多脚的TSOP封装,而且GDDR显存颗粒体积也很大。


DDR内存

后期由于光刻工艺升级以及追求更加的封装面积,存储厂商在GDDR上实现了BGA封装技术,也就是针脚不外露,全部藏在底部。同时实现了32bit的显存位宽,并且一直延续至今。

GDDR2

技术细节同样来自于DDR2,和DDR2一样GDDR 2bit的预取升级到4bit,相比DDR1代可以将频率翻倍。不过由于GDDR2跑得比DDR2还快,诞生时间早,工艺上可能稍微欠缺了一点,工作电压高达2.5V,尽管等效工作频率高达1GHz,但巨大的发热量甚至媲美GPU核心,需要专门的散热片辅助散热。


DDR2内存

因此采用GDDR2显存的显卡都是昙花一现,只有NVIDIA的FX5800 /5600 Ultra、ATI 9800Pro用过,很快就消息了,可以说GDDR2是个失败的产品。


ATI 9800Pro

GDDR3

被GDDR2坑过后,大家都认为存储标准制定方JEDEC跑得实在是太慢了,GDDR、GDDR2标准严重不符合显卡GPU发展需求,NVIDIA、AMD开始联手对GDDR3标准实施深入的指导,因此GDDR3可以说真正地与DDR3分道扬镳,技术标准得到大幅度提升。


DDR3内存

深刻地认识到GDDR、DDR应用场景完全不同,因此设计之初就应该考虑到这个问题,考虑到高速读写需求,GDDR3设计有两条独立的数据选择脉冲DQS,一条用于读取,另一条用于写入,这样互不干扰,因此GDDR3读写数据速度要比GDDR2快多了,毕竟GPU存取数据频繁程度高,GDDR3的新设计可以让显存效率大幅度提升。

尽管GDDR3保留GDDR2的4bit预取,但对GDDR3也修改I/O控制电路,新的电路设计可以最大程度降低电流,工作电压也随之下降到1.8V,间接地控制住功耗和发热量,一举解决GDDR2存在的弊端。

都说工艺是提升性能、频率的良方,GDDR3凭借制程工艺红利,从1GHz不断攀升,一直走到了2.5GHz,因此其生命线长达五年才落幕。


奇梦达的GDDR3


三星的GDDR3

GDDR4

可能是GDDR3跑得太快,标准对于往后几代GPU来说还算是够用,加上NVIDIA与ATI之间竞争日益剧烈,就GDDR4标准制定分歧严重,最后NVIDIA明确表示不支持GDDR4,显卡产品也并没有采用,最终标准GDDR4由ATI一手操办,但缺乏NVIDIA的支持,存储厂商只有小规模试产,AMD也只有三款非主流产品采用了GDDR4显存,因此GDDR4起不了什么浪花。


DDR4内存,已经和GDDR4显存没有瓜葛了

事实上,GDDR4技术是有巨大进步,使用DDR3的8bit预取技术,这个也是NVIDA与ATI矛盾发展的开端。然后采用了Data Bus Inversion技术,提高数据精度、降低工作电压至1.5V,继续降低功耗。

而GDDR4频率起步就是2GHz水平,其后虽然有更高频率颗粒出现,但是由于NVIDIA的不支持,市场太小导致生产成本高涨,加上AMD显卡性能不如同期N卡,GDDR4很快就被历史所遗忘。


AMD Radeon HD 2600 XT用的就是GDDR4

GDDR5

GDDR显存的命运总是那么跌宕起伏,奇数代的显存总是存活得更久,2012年GDDR5显存终于登上舞台,在继承GDDR4的8bit预取,加上QDR双数据总线、4路bank设计让GDDR5显存频率突飞猛进,一路高歌,一并冲上8Gbps。

尽管GDDR5只有32bit的颗粒,但是它拥有两条并行的数据总线,那么他的工作模式就相当灵活,可以自由在32bit、16bit一下工作,同时一个32bit显存控制器也能控制两个GDDR5显存,实现了显存容量翻倍。

根据当时NVIDIA 200系列显卡上市情况来看,即便是采用相同GPU核心,使用GDDR5显存会比GDDR3显存,综合性能提升20%以上,这个提升幅度相当惊人。也因此GDDR5能够经久不衰,一直到1000系列还在用,而且频率不断在进步,达到8Gbps的巅峰。


三星GDDR5

GDDR5X

嗯?怎么突然冒出个GDDR5X,GDDR6哪里去了?这可不得怪JEDEC标准定制得太慢,NVIDIA已经忍不住了,联合美光推出了这样一个半代产品GDDR5X,还是高端NVIDIA显卡独占。

GDDR5X可以视为GDDR6的先行版,它继续将预取从8bit提升至16bit,使用了改进版的QDR 4倍数据倍率技术,也就是说每个时钟可以传输4bit数据!GDDR5X的电压下降到1.35V。最终我们见到首批使用GDDR5X显存频率可以高达10Gbps,据说后续还会有14Gbps的版本面世。


美光GDDR5X

GDDR6

GDDR6标准终于姗姗来迟,即将到来的NVIDIA 11系列显卡肯定是要用上它的。和GDDR5X一样采用了16bit预取,这已经是被证实提高数据传输速度最为有效的方法。其次就是GDDR6终于一改以往GDDR1/2/3/4/5/5X只有一个读写通道问题,使用双通道,虽然位宽变小了,但是实际上效率更高以后,会带来明显的性能提升。

其次就是显存容量的进步,原本GDDR5最常见的都是8Gb单颗粒,而GDDR6标准下最高可以达到32Gb,换算过来单颗粒就是4GB,好处显而易见,那就是低端显卡单颗粒就搞定了,还要什么HBM2?高端3颗也就满足12GB,推算顶级显卡384bit显存位宽计算,搭载12颗就能达到48GB,难怪NVIDIA丝毫没有在消费级游戏卡上用HBM2显存的意思。


GDDR6带宽可以达到896GB/s,这是美光提供的数据

此外GDDR6修改了封装方式,减少了底部接口数目,从190 ball减少至180ball,尺寸更小,这样应用场景更为宽阔。


GDDR6优势——针脚少、尺寸更小、效能更高

目前全球三大存储芯片厂商三星、海力士和美光都推出了自己的GDDR6计划,不过由于技术实力差异和产品研发路线不同等因素,这三家的产品还存在一定的区别。

三星

期初三星在GDDR6上也是雷声大雨点小,推出GDDR6的时机也要晚于其余两家,但三星厚积薄发,一推出的GDDR6显存规格就是最高的,1Y nm工艺(10-16nm),单颗粒2GB,速度最高可达18Gbps,超过了JEDEC规范。

海力士

首批采用21nm工艺,单颗粒1GB容量,速度有10/12/14Gbps,也超过GDDR5X现时的极限,比较有趣的是,GDDR6电压应该是1.35V,海力士研发出1.25V低电压版的GDDR6显存,估计是为笔记本设备研发的。

美光

美光是最早、也是最积极推进GDDR6显存的存储厂商,将会采用16nm工艺制造,也是单颗粒8Gb,速度10-14Gbps不等,而且也有对应多款1.25V低电压版GDDR6显存。

如今GDDR6显存依靠高频率、高容量和低功耗特性,将会在未来新一代游戏显卡上大方异彩,为新架构显卡带来更强大的综合性能,而且对比成本居高不下、封装难度高的HBM 2显存来讲,GDDR6显然更加实惠,更易于往中低端显卡推广。


  • 游客  2018-12-10 13:30

    游客:

    gddr5显存07年发布,09年初步商用。文章里说12年才问世是什么鬼?
    2018-08-02 18:34
  • 支持(6)  |   反对(0)  |   举报  |   回复
  • 08的HD4850就是GDDR5的。

    支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

    16#

  • 游客  2018-08-04 19:10

    GDDR是4面引脚的

    支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

    15#

  • 游客  2018-08-04 07:17

    我有话要说...

    支持(2)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

    14#

  • 游客  2018-08-03 17:55

    Elwin 博士 :

    至于gddr6,目前的情况看起来它不至于像2和4那么惨,但是在gddr5x的挤压下它的空间真的不多,估计也是个短命鬼。未来gddr7恐怕不会再有了,显存部分即将迎来一次革命,hbm有先发优势,但是从发展趋势来看,技术难度和成本两座大山基本不可逾越,八成还是个过客。
    2018-08-02 18:53 已有2次举报
  • 支持(2)  |   反对(0)  |   举报  |   回复
  • 游客:

    HBM?不说成本产量这种未来可以解决的问题吧。体积这么大,发热也不小。而且带宽也没有多么明显的差距吧
    2018-08-02 20:17 已有1次举报
  • 支持(1)  |   反对(2)  |   举报  |   回复
  • 游客:

    看到HBM就会有意无意联想到RAMBUS
    2018-08-03 10:00 已有1次举报
  • 支持(5)  |   反对(0)  |   举报  |   回复
  • 同感

    支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

    13#

  • 谭智耀编辑 2018-08-03 10:06

    等一个更加实惠的甜点新卡

    支持(5)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

    12#

  • 游客  2018-08-03 10:00

    Elwin 博士 :

    至于gddr6,目前的情况看起来它不至于像2和4那么惨,但是在gddr5x的挤压下它的空间真的不多,估计也是个短命鬼。未来gddr7恐怕不会再有了,显存部分即将迎来一次革命,hbm有先发优势,但是从发展趋势来看,技术难度和成本两座大山基本不可逾越,八成还是个过客。
    2018-08-02 18:53 已有2次举报
  • 支持(2)  |   反对(0)  |   举报  |   回复
  • 游客:

    HBM?不说成本产量这种未来可以解决的问题吧。体积这么大,发热也不小。而且带宽也没有多么明显的差距吧
    2018-08-02 20:17 已有1次举报
  • 支持(1)  |   反对(2)  |   举报  |   回复
  • 看到HBM就会有意无意联想到RAMBUS

    已有1次举报

    支持(5)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

    11#

  • QQ23870862一代宗师 2018-08-02 23:12

    HM2速度是最快的吗?

    已有15次举报

    支持(1)  |   反对(3)  |   举报  |   回复

    10#

  • 游客  2018-08-02 21:07

    我估计下代主机会用6颗2G 64bit的GDDR6显存咯
    384bit带宽,12G也足够4K贴图了,估计还便宜

    支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

    9#

  • 游客  2018-08-02 20:17

    Elwin 博士 :

    至于gddr6,目前的情况看起来它不至于像2和4那么惨,但是在gddr5x的挤压下它的空间真的不多,估计也是个短命鬼。未来gddr7恐怕不会再有了,显存部分即将迎来一次革命,hbm有先发优势,但是从发展趋势来看,技术难度和成本两座大山基本不可逾越,八成还是个过客。
    2018-08-02 18:53 已有2次举报
  • 支持(2)  |   反对(0)  |   举报  |   回复
  • HBM?不说成本产量这种未来可以解决的问题吧。体积这么大,发热也不小。而且带宽也没有多么明显的差距吧

    已有1次举报

    支持(1)  |   反对(2)  |   举报  |   回复

    8#

  • 游客  2018-08-02 19:05

    “只有NVIDIA的FX5800 /5600 Ultra、ATI 9800Pro用过,很快就消息了,” 消息了—>消失了

    支持(2)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

    7#

  • Elwin博士 2018-08-02 18:53

    至于gddr6,目前的情况看起来它不至于像2和4那么惨,但是在gddr5x的挤压下它的空间真的不多,估计也是个短命鬼。未来gddr7恐怕不会再有了,显存部分即将迎来一次革命,hbm有先发优势,但是从发展趋势来看,技术难度和成本两座大山基本不可逾越,八成还是个过客。

    已有2次举报

    支持(2)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

    5#

  • Elwin博士 2018-08-02 18:46

    另外配图里9800pro是-2.8ns gddr 128m版本,gddr2版本是正反面共计16颗显存256mb,主要作用是提升容量用以和5900ultra竞争,是非常稀罕的收藏品。03年底的9800xt才是正式256m

    已有1次举报

    支持(2)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

    4#

  • Elwin博士 2018-08-02 18:39

    后期魔改的低端货不提,从正式发布的公版产品来看,gddr的最高纪录是fx5950ultra的950mhz,gddr2的最高纪录是fx5800ultra的1000mhz,而gddr3首发其实是fx5700ultra,只有950mhz。fx不怎么样,倒是创了很多记录。gddr3的上限是gtx285/275的625mhz等效2450。gddr4则是2600xt的1100mhz等效2200。gddr5还没走到头说不准,首发的时候是hd4870的900mhz等效3600,第一批gddr5主要来自奇梦达,英飞凌,所以一直在4000左右徘徊。直到hd5870出世,韩系厂商加入才正式开始飙,hd5870是1200mhz等效4800

    支持(5)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

    3#

  • 游客  2018-08-02 18:34

    gddr5显存07年发布,09年初步商用。文章里说12年才问世是什么鬼?

    支持(6)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

    2#

  • 游客  2018-08-02 17:33

    第三张截图的文字说明里面“根本上”是个什么鬼,应该是“跟不上”吧

    支持(0)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

    1#

查看全部评论(15)

回复