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GDDR3显卡值得买?显存技术分析与测试

    泡泡网显卡频道7月9日 显存对于一款专业游戏显卡来说,重要性不言而喻,显存颗粒体质的好坏同样关乎玩家们超频的乐趣,时代变迁技术发展,曾经的GDDR3和如今的GDDR5到底有哪些性能上的提升呢?为什么常见的中高端游戏显卡配备GDDR5显存,低端显卡有配备GDDR3显存?GDDR5到底强在哪里?两者有何不同?我们带着这些问题走进今天的技术探究。

显存颗粒很重要 GDDR5比GDDR3强多少?

GDDR3:一代王者GDDR3源于DDR2技术

    无论GDDR还是GDDR2,由于在技术方面与DDR/DDR2并无太大差别,因此最终在频率方面GDDR并不比DDR高太多。在经历了GDDR2的失败之后,两大图形巨头NVIDIA和ATI对JEDEC组织慢如蜗牛般的标准制订流程感到越来越失望,认为他们制定的显存不能适应GPU快节奏的产品更新换代周期,于是NVIDIA和ATI的工作人员积极参与到了JEDEC组织当中,以加速显存标准的起草及制定。

    双方一致认为,显存与内存在数据存储的应用方面完全不同,在内存核心频率(电容刷新频率)无法提升的情况下,单纯提高I/O频率来获得高带宽很不现实。因此,必须要有一种针对高速点对点环境而重新定义的I/O接口。于是GDDR3诞生了,这是第一款真正完全为GPU设计的存储器。

    GDDR3和GDDR2/DDR2一样,都是4Bit预取架构,GDDR3主要针对GDDR2高功耗高发热的缺点进行改进,并提升传输效率来缓解高延迟的负面影响。

  • 点对点DQS,读写无需等待

    GDDR2只有一条数据选择脉冲(DQS),是单一双向的,而GDDR3则拥有读与写两条独立的DQS,而且是点对点设计。这样做的好处在于,在读取之后如果马上进行写入时,不必再等DQS的方向转变,由此实现读写操作的快速切换。

    相比GDDR2/DDR2,GDDR3的读写切换动作可以少一个时钟周期,如果需要对某一个连续的区块同时读写数据时,GDDR3的速度就要比GDDR2快一倍。

    由于存储单元自身的特性,内存颗粒的逻辑Bank是无法同时读写数据的,并不存在“全双工”一说,但GDDR3的这项改进让顺序读写成为可能。GPU本身缓存很小,与显存之间的数据交换极其频繁,读写操作穿插进行,因此GDDR3点对点设计的DQS可以让显存存储效率大增。但对于CPU来说,读写切换并不如GPU那么频繁,而且CPU拥有大容量的二三级缓存,所以GDDR3这种设计并不能极大的提升内存带宽,也没有引入到下一代DDR3当中。

  • 改进I/O接口,简化数据处理,控制功耗

    同时GDDR3也对I/O控制电路和终结电阻进行了修改,它不再沿用GDDR2的“推式(Push Pull)”接收器,而将其改为虚拟开极逻辑方式(Pseudo Open Drain Logic),并且通过将所有的三相数据信号转移到本位电路上,来简化数据处理,将DC电流压至最小,只有当逻辑LOW移至总线上时才会消费电力,从而很好的控制了功耗和发热。

    即便使用了8bit预取技术,可GDDR4还是没有与GDDR3拉开频率差距,因为瓶颈在I/O控制器上面而不是内核,而GDDR5就是用来解决这一瓶颈的。

GDDR5:恐怖的频率是如何达成的

    和GDDR4一样,GDDR5采用了DDR3的8bit预取技术,核心频率显然不是瓶颈,如何提升I/O频率才是当务之急。但GDDR5并没有让I/O频率翻倍,而是使用了两条并行的DQ总线,从而实现双倍的接口带宽。


GDDR5各项总线工作频率示意图

    双DQ总线的结果就是,GDDR5的针脚数从GDDR3/4的136Ball大幅增至170Ball,相应的GPU显存控制器也需要重新设计。GDDR5显存拥有多达16个物理Bank,这些Bank被分为四组,双DQ总线交叉控制四组Bank,达到了实时读写操作,一举将数据传输率提升至4GHz以上!

    以往GDDR1/2/3/4和DDR1/2/3的数据总线都是DDR技术(通过差分时钟在上升沿和下降沿各传输一次数据),官方标称的频率X2就是数据传输率,也就是通常我们所说的等效频率。而GDDR5则不同,它有两条数据总线,相当于Rambus的QDR技术,所以官方标称频率X4才是数据传输率。比如HD4870官方显存频率是900MHz,而大家习惯称之为3600MHz。

    NVIDIA对于GDDR5当然很感兴趣,但却一点都不着急,保守的NVIDIA决定坚守GDDR3,GTX200核心使用了512Bit显存控制器来提升带宽。比起R600的环形总线,NVIDIA从256Bit到384Bit再到512Bit一步一个脚印走出来的交叉总线显然更加成熟。

    以256Bit对抗512Bit,ATI只能将筹码全部押在GDDR5身上,于是在GDDR5标准尚未完全确立之前,ATI已经在紧锣密鼓的测试性能,并督促DRAM厂投产。可以说GDDR5和GDDR2/4一样也是个早产儿,但失败乃成功之母,有了完善的技术规格和制造工艺的支持,GDDR5一出世便令人刮目相看。

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