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拒绝显存瓶颈 解读GDDR5显存技术

来源:互联网 作者:佚名 时间:2015-01-30 10:24
在显卡技术领域,随着GPU性能的逐步提升,显卡对显存带宽的需求也与日俱增,而GDDR3显存已经无法满足下一代GPU的需求。为此芯片厂商推出了GDDR4显存颗粒,遗憾的是,相比GDDR3而言,GDDR4并没有彻底解决功耗和带宽问题,而且成本过于昂贵。芯片厂商则直接跳
  在显卡技术领域,随着GPU性能的逐步提升,显卡对显存带宽的需求也与日俱增,而GDDR3显存已经无法满足下一代GPU的需求。为此芯片厂商推出了GDDR4显存颗粒,遗憾的是,相比GDDR3而言,GDDR4并没有彻底解决功耗和带宽问题,而且成本过于昂贵。芯片厂商则直接跳过了GDDR4,转而发展GDDR5显存颗粒,与GDDR3显存颗粒相比,GDDR5具有哪些特点呢?
  突破瓶颈:带宽提升三倍
  显存带宽决定了GPU与显存之间的数据传输速率,通常来说显存带宽越大,显卡性能就越出色,但要提高显存带宽,最直接有效的办法是提升显存位宽。遗憾的是,显存位宽并不是由芯片技术决定,而是取决于板卡设计,它与显存颗粒位宽和显存频率息息相关,在这点上,尽管GDDR3显存颗粒是时下的主流,但面对采用RV770核心的新一代GPU(VPU)构架,如Radeon HD4870,GDDR3显存颗粒已经呈现出了疲态,此时GDDR4或GDDR5显存颗粒就是最好的补充。不过由于GDDR4显存颗粒的频率提升不够显著,加之颗粒参数上的限制,有时会造成性能缺陷,而GDDR5显存颗粒却拥有足够大的带宽。
  
拒绝显存瓶颈解读GDDR5显存技术

  GDDR5的信号传输原理
  根据公式:显存带宽=显存频率×显存位宽。我们知道,如果要提高显存带宽,可以增加显存工作频率或显存位宽,而要改变显存位宽,最常见的办法就是增加显存颗粒数,这样势必提升显卡成本,而且还会增加显存的功耗。对于显存颗粒厂商而言,提升显存频率以提升显存带宽成了一条主攻路线,而显存频率的大小,又主要取决于显存颗粒的速度,GDDR5显存颗粒就是通过采用最新的技术工艺,使得显存芯片拥有更高的频率。
  据资料显示,目前主流显卡采用了GDDR3显存颗粒,其每个引脚的数据传输率仅为1.6Gbps,单显存颗粒(32bit)也只能提供6.4GB/s带宽,而现在高速的GDDR5显存颗粒每个引脚的数据传输率可以达到5Gbps(即传输频率为5GHz,时钟频率为2.5GHz)或6Gbps,单显存颗粒(32bit)可以提供20GB/s带宽(即5GHz×32bit/8),如果搭配同数量、同显存位宽的显存颗粒,GDDR5显存颗粒提供的总带宽是GDDR3的3倍以上,譬如显卡的显存位宽为256bit,其数据传输率可以达到160GB/s,如果使用主流512bit配置设计,显卡数据吞吐可以达到惊人的320GB/s带宽。
  

拒绝显存瓶颈解读GDDR5显存技术

  GDDR5的带宽高达6Gbps
  小贴士:显存的引脚是指显存颗粒与内存PCB上的金属触点,显存芯片在封装后,显存与PCB需要通过金属触点进行信号传输,对于GDDR5显存而言,由于其采用了FBGA封装形式,为此柱状焊点按阵列形式分布在封装下面,并向芯片中心方向引出,其优点是有效地缩短了信号的传导距离,信号传输线的长度仅是TSOP封装(薄型小尺寸封装)的1/4,降低了抗干扰,也提升了性能,而“每引脚数据传输率”指的是每个金属触点所能提供的数据传输速度。
  高效节能:功耗降低20℅
  毫无疑问,相比GDDR3或GDDR4显存颗粒而言,GDDR5显存颗粒最大的亮点就是拥有更高的带宽,但显存频率的提升,也增加了芯片功耗,这会制约显卡性能的发挥。从技术标准来看,GDDR3显存颗粒的工作电压为1.8V,而GDDR4及GDDR5的工作电压都为1.5V,不过GDDR4并没有解决高功耗、高发热的问题,导致GDDR4显存颗粒的功耗反而比GDDR3高,这也是造成GDDR4显存颗粒的频率停留在1GHz~1.4GHz的主要原因。
  相比GDDR4显存颗粒而言,GDDR5显存颗粒不单单将数据传输率提升了一倍,它还拥有更低的工作功耗。据了解,得益于优秀的电源管理技术,GDDR5显存颗粒会比 GDDR4省电20℅左右。譬如在空闲时自动降低显存的频率,功耗和发热量得到了很好的控制。而且在制程技术上,GDDR4显存颗粒采用的是80nm甚至90nm工艺制程,而GDDR5显存颗粒将采用66nm或55nm工艺制程,并采用170FBGA封装方式(是指采用了FBGA封装,并拥有170个球状触点),从而大大减小了芯片体积,芯片密度也可以做到更高,为此进一步降低了显存芯片的发热量。
  对于显卡来说,基于应用需求的不同,涉及大量图形数据处理的GPU需要更快的显存支持,GPU自身也因此具有惊人的内存位宽,而面对下一代512bit位宽的显卡,GPU必须与频率更高的显存芯片配合,如果让频率相对较低的GDDR3显存颗粒去搭配Radeon HD4870显卡,显然无法发挥GPU的性能潜力,而使用55nm工艺制程的GDDR5显存颗粒就正好门当户对。这不仅仅可以实现低功耗,还能让显卡内部的协调更有效,从而最大限度地发挥显卡性能。
  

拒绝显存瓶颈解读GDDR5显存技术

  GDDR5的制造工艺更高
  新技术:让显卡更稳定
  正是由于GDDR5显存颗粒具有低功耗、高性能的特点,为此还有利于提高显卡电路设计的稳定性,显卡在实际应用中,可以获得更高的数据安全性,因而相比GDDR4的误纠正技术,该技术可以检测显存在读取和写入数据的错误,而且可实现同步检测并修正。譬如发现有数据读写有错误或数据传输不同步,错误纠正技术能够实现快速重新发送,以确保显卡能够稳定运行。
  

拒绝显存瓶颈解读GDDR5显存技术

  GDDR5的错误纠正技术
  GDDR5显存颗粒还加入了一项“适应性界面计时”技术,该技术可以根据系统的实际需要,自动调节显存可伸缩的字节。此举可以让数据传输更加高效,同时还具有节能的效果,确保显卡的稳定运行。对于显卡厂商而言,利用“适应性界面计时”技术还可以减少PCB板的成本,让显卡更加廉价。GDDR5显存颗粒还有一项“DEO(数据眼优化)”技术,它支持时间延迟调整,允许厂商自行设定延迟,让显卡可以满足不同用户的应用需求。此外,“数据眼优化”技术还能对界面驱动、工作电压等进行优化和调节,不仅可以提升显卡性能,也让显卡PCB板和电路设计更加稳定。
  

拒绝显存瓶颈解读GDDR5显存技术

  GDDR5的数据优化技术
  高显存带宽:引爆PCI-E 2.0
  对于高端显卡来说,PCI-E 2.0显卡搭配GDDR5显存颗粒是十分必要的,PCI-E 2.0接口带宽达到了单向8GB/s(双向16GB/s),充足的接口带宽对于高性能GPU会有明显的性能提升,但如果只搭配GDDR4显存颗粒,显存带宽低了不少,也就意味着显卡性能大打折扣,从实际应用角度来看,随着GPU性能越来越强,以及SLI、Quad SLI双模式甚至多核心显卡的推出,GDDR5显存颗粒与PCI-E 2.0规格的双双联合,会让显卡GPU的3D性能得到充分发挥。而且也降低了显卡成本,让主流显卡更具竞争力。
  写在最后:GDDR5市场趋势
  与GDDR4相比,GDDR5拥有高性能、低功耗、稳定性更好等优势,它更能满足3D图形带宽的发展需求。我们可以断定,尽管GDDR4早已在市场上开始应用,但它只是过渡性的临时方案,GDDR5才代表未来的主流趋势。据了解,在2007年的高端图形市场中,GDDR4仅占了10%的市场,2008年GDDR4市场的成长幅度较快,但仍无法在一年之内成为主导。而在2008年下半年,奇梦达、三星、现代等厂商将会开始大规模量产GDDR5芯片,而且将占显卡市场7%的份额,预计到2009年,GDDR5将会超过20%的市场占有率,2010年时将成为主流,此时GDDR4的市场将被彻底挤占。NVIDIA、ATI及Intel已经开始准备在下一代显卡,如Radeon HD4870上采用GDDR5显存。
  

拒绝显存瓶颈解读GDDR5显存技术

  GDDR5能提供的带宽
  总的来看,GDDR5 显存颗粒可大幅提升绘图硬件效能,同时为软件设计师带来更大空间,让游戏及绘图世界能更加真实,减少因显存频率、带宽不足而造成的瓶颈。在显存容量上,目前主流显卡为512MB、768MB,尽管相比此前的256MB有突破性提升,但依然无法满足双核CPU在大型程序下的数据交换需要。采用GDDR5显存后,显卡显存的容量起点将是512MB,这让入门级显卡也拥有了出色的3D性能,而且届时1GB显存容量将成为市场主流。为了满足市场需求,预计到2009年,显存芯片商将会推出更高容量的显存颗粒。到那时候,GDDR5显存将全面统领显卡市场。

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