По сути, в статье огромного количества инженерных чертежей и особенностей не будет, но возможно, вы поймете больше и мы выясним почему она так долго существовала и какой была изначально.
Ну для начала давайте прочтем термин и разберемся, что такое видеопамять и о ее некоторых отличиях от ОЗУ, а также её разновидностях.
Видеопамять -
Это внутренняя оперативная память, отведённая для хранения данных, которые используются для формирования изображения на экране монитора.
При этом в видеопамяти может содержаться как непосредственно растровый образ изображения (экранный кадр), так и отдельные фрагменты как в растровой (текстуры), так и в векторной (многоугольники, в частности треугольники) формах.
Как правило, чипы оперативной памяти современной видеокарты припаяны прямо к текстолиту печатной платы, в отличие от съёмных модулей системной памяти, которые вставляются в стандартизированные разъёмы ранних видеоадаптеров.
При изготовлении видеокарт уже достаточно давно используется память GDDR3. На смену ей пришла GDDR4, которая имеет более высокую пропускную способность, чем GDDR3; однако GDDR4 не получила широкого распространения вследствие плохого соотношения «Цена-производительность» и ограниченно использовалась лишь в некоторых видеокартах верхнего ценового сегмента (например Radeon X1950XTX, HD 2900 XT, HD3870). Далее появилась память GDDR5, которая по состоянию на 2012 год является наиболее массовой, GDDR3 используется в бюджетном сегменте. В 2018 году в топовых видеокартах устанавливается память типа HBM и HBM2, GDDR5X и GDDR6.
Также видеопамять отличается от «обычной» системной ОЗУ более жёсткими требованиями к ширине шины.
Графическая шина данных — это магистраль, связывающая графический процессор и память видеокарт.
Шина данных видеопамяти бывает:
- 32-битной. (не встречал больше)
- 64-битной.
- 128-битной.
- 192-битной. (нестандартная шина памяти)
- 256-битной.
- 320-битной. (нестандартная шина памяти)
- 384-битной. (нестандартная шина памяти)
- 448-битной. (нестандартная шина памяти)
- 512-битной.
- 768-битной. (нестандартная шина памяти)
- 896-битной. (нестандартная шина памяти)
- 1024-битной. (чаще двойная видеокарта)
- 2048-битной (только HBM-память)
- 3072-битной (только HBM2-память)
- 4096-битной (только HBM2-память)
Имеет значение соотношение количества памяти, её типа и ширины шины данных: 512 МБ DDR2, при ширине шины данных в 128 бит, будет работать медленнее и гораздо менее эффективно, чем 256 МБ GDDR3 при ширине шины в 128 бит и т. п. По понятным причинам, 256 МБ GDDR3 с шириной шины 256 бит лучше, чем 256 МБ GDDR3 с шириной шины в 128 бит и т. п.
Также стоит учитывать, что из-за относительно невысокой стоимости видеопамяти многие производители видеокарт устанавливают избыточное количество видеопамяти (4, 6 и 8 Гбайт) на слабые видеокарты с целью повышения их маркетинговой привлекательности.
GDDR5 более подробно
GDDR5 — 5-е поколение памяти DDR SDRAM, спроектированной для приложений, требующих более высокой рабочей частоты. Как и её предшественник (GDDR4), GDDR5 основана на памяти DDR3, которая имеет удвоенные, по сравнению с DDR2, DQ (Digital Quest) каналы связи, но у GDDR5 также есть буферы предварительной выборки шириной 8 битов, как у GDDR4.
Кто принял участие в разработке и как долго она длилась?
В разработке стандарта, вместе со всеми основными производителями памяти (Hynix, Qimonda и Samsung) и JEDEC, активно участвовала и компания AMD. Разработка этого типа памяти заняла около трёх лет от начала разработок, до окончательной спецификации, а в AMD — ещё больше.
Производство
Первые чипы, поддерживающие напряжение 1,5 В (в отличие от 2,0 В для GDDR3) и имеющие плотность 0.5—2 Гбит, предлагали скорость передачи до 1000*4=4,0 ГГц. В дальнейшем этот параметр увеличился до 7 ГГц.
В ноябре 2009 г. компания Elpida Memory представила микросхему памяти GDDR5 плотностью 1 Гб, обеспечивающую передачу данных со скоростью 6 Гб/с; в июне 2010 она представила микросхему памяти GDDR5 плотностью 2 Гб, изготовленной по нормам 50 нм с применением медных внутренних соединений.
В начале 2015 г. компания Samsung Electronics объявила о начале серийного выпуска первых в мире микросхем памяти GDDR5 плотностью 8 Гб (предназначена для графических карт, используемых в ПК и суперкомпьютерах, для игровых консолей и ноутбуков); память выпускается по 20-нм технологии. Компания Samsung Electronics, являющаяся крупнейшим поставщиком микросхем памяти, осенью 2010 объявила о расширении инициативы «Green Memory» («Зеленая память», с пониженным энергопотреблением) и на графическую память для ПК; теперь инициативы, наряду с памятью DRAM и твердотельными накопителями (SSD), распространяется также и на память Samsung LPDDR2 и GDDR5.
Частота
GDDR5 использует две тактовые частоты, CK и WCK, последняя в два раза больше первой. Команды передаются в режиме SDR (стандартная тактовая частота) на частоте CK; адресная информация передаётся в режиме DDR на частоте CK; а данные передаются в режиме DDR на частоте WCK. Интерфейс GDDR5 передает два информационных слова шириной 32 бита за тактовый цикл (WCK) через выводы микросхемы памяти. Соответствуя 8n предварительной выборке, единичный доступ для чтения или записи состоит из двух передач данных шириной 256 бит за тактовый цикл (CK) внутри ядра памяти и восьми соответствующих половинных передач данных шириной 32 бита за тактовый цикл (WCK) на выводах микросхемы памяти.
Например, для GDDR5 со скоростью передачи данных 5 Гб/с (Gbps) на вывод CK подается тактовая частота 1,25 ГГц, а WCK c частотой 2,5 ГГц. Также часто употребляется эффективная частота (QDR), поскольку, как написано выше, данные передаются на частоте WCK в режиме DDR. В приведенном примере эта частота составляет 5 GHz.
В связи с наличием двух частот (CK, WCK) производители изделий использующих GDDR5 могут указывать разные частоты для памяти, хотя скорость передачи данных может не отличаться. Nvidia указывает частоту WCK, AMD — частоту CK.
Почему не GDDR3? Шина памяти
Шина
Память типа GDDR5 обеспечивает вдвое большую пропускную способность по сравнению с GDDR3. Для повышения пропускной способности у памяти GDDR3 приходилось использовать 512-битную шину, это приводило к тому, что увеличивается и чип, и его упаковка. Это увеличивало себестоимость, да и сами карты становились больше и сложнее, потребляя больше энергии. Переход на использование GDDR5 позволяет увеличить производительность (при 128/256-битной шине) в 2—3 раза при даже меньших размерах чипов и меньшем потреблении энергии. Новый дизайн интерфейса памяти вызывает значительное увеличение эффективности использования полосы пропускания.
Несмотря на то, что чипы памяти GDDR5 стали дороже, чем GDDR3, особенно в начале её широкого применения, узкая ширина шины памяти позволяет упростить дизайн ПП, что дает преимущество, так что это перспективное решение.
Перспективы, которые длятся более 10 лет для GDDR5
С момента выхода первого графического ускорителя, использующего память GDDR5 (ATI Radeon HD 4870, июнь 2008) прошло более десяти лет — больше, чем продержались другие типы графической памяти. Но расти далее уже особо и некуда — из возможностей GDDR «выжато» почти все. В стандарте GDDR5 нынешний тип памяти достиг своего предела, и хотя небольшие возможности для роста ПСП ещё есть, но они требуют слишком больших усилий и не изменят ситуацию кардинально. Но самое главное — вопрос высокого энергопотребления не решился до сих пор (при этом энергоэффективность — главный параметр для любого современного чипа) — даже текущие поколения GDDR5-памяти уже потребляют слишком много энергии из-за сложных механизмов тактования и работы на очень высокой частоте, а любые улучшения её производительности связаны с дальнейшим повышением частоты и сложности чипов, а значит, и энергопотребления.
Также чипы GDDR5 занимают слишком много места на плате видеокарты и требуют применения нескольких каналов памяти, что усложняет сам графический процессор (особенно если говорить о топовых GPU с 384/512-битной шиной памяти).
Для решения этих и других проблем был анонсирован (компаниями AMD и Hynix в 2011 г.) а впоследствии разработан и внедрен новый стандарт памяти — High Bandwidth Memory (HBM).
Что будет с этим типом памяти?
Вероятнее всего с конца 2020 - начала 2021 года, эта память будет использоваться только в бюджетных или возможно средних видеокартах до 4 гб, ради решений быстрого видеоадаптера, но бюджетного варианта.
О GDDR5X, GDDR6 и HBM, HBM2 мы поговорим и рассмотрим подробнее в других статьях.
