В чем разница между памятью DDR4, GDDR5, GDDR6 и GDDR6X

Компьютерная память в основном бывает двух типов: системная память (RAM) и графическая память (VRAM). Первый использует DDR4, а второй — стандарт GDDR5 (и GDDR6). Но в чем разница между ними. В этом посте мы сравниваем DDR4 и GDDR5 (и GDDR6) и исследуем различия и сходства между ними.

DDR4 против GDDR5

• DDR4 работает при более низком напряжении, чем GDDR5, точнее 1,2 вольт. GDDR5, с другой стороны, может достигать 1,5 В. Это связано с тем, что последний основан на стандарте памяти DDR3, который также имеет стандартное напряжение 1,5 В.
• Что касается частот памяти, DDR4 работает примерно с той же скоростью, что и GDDR5X и GDDR6 (от ~ 1750 до 1800 МГц), но способ работы графической памяти означает, что эффективная пропускная способность в 4 раза больше (1750 x 4 = 7000 МГц). . Подробнее об этом ниже.
• GDDR5X снижает напряжение до 1,35 В, при этом увеличивая пропускную способность на вывод до 16 Гбит / с.
• И DDR4, и DDR3 используют 64-битный контроллер памяти на канал, что приводит к 128-битной шине для двухканальной памяти и 256-битной для четырехъядерный-канал. С другой стороны, память GDDR5 использует крошечный 32-битный контроллер на каждый канал.
• Хотя конфигурации памяти ЦП имеют более широкие, но меньшие каналы, графические процессоры могут поддерживать любое количество 32-разрядных каналов памяти. По этой причине многие высокопроизводительные графические процессоры, такие как GeForce RTX 2080 Ti и RTX 2080, имеют 384-битную и 256-битную ширину шины соответственно.

Обе карты серии RTX 20 подключаются к микросхемам памяти емкостью 1 ГБ через 8 (для 2080) и 12 (для Ti) 32-разрядных контроллеров или каналов памяти. GDDR5 и GDDR6 также могут работать в так называемом режиме раскладушки, когда каждый канал вместо того, чтобы быть подключенным к одной микросхеме памяти, делится между двумя. Это также позволяет производителям удвоить объем памяти и сделать возможными конфигурации гибридной памяти, такие как GTX 660 с шириной шины 192 бит.

GTX 670 имеет четыре чипа по 512 МБ на восьми каналах.GTX 660 Ti имеет шесть стеков памяти, один из которых находится наверху (по два чипа в стеке) в режиме раскладушки. Это уменьшает ширину шины до 192 бит, а не до 256 бит.Печатная плата GTX 660раскладушка

• Еще одно основное различие между памятью DDR4 и GDDR5 / 6 заключается в циклах ввода-вывода. Как SATA, DDR4 может выполнять только одну операцию (чтение или запись) за один цикл. GDDR5 и GDDR6 могут обрабатывать ввод (чтение), а также вывод (запись) в одном цикле, по существу удваивая ширину шины.

• Все это может поставить память DDR4 в неприглядном свете, но такая конфигурация действительно подходит для обеих конфигураций. ЦП в основном последовательны по своей природе, в то время как графические процессоры работают с тысячами параллельных ядер. Первый выигрывает от низкой задержки и более тонких каналов, в то время как графическим процессорам требуется гораздо более высокая пропускная способность с малым временем ожидания.

GDDR5 против GDDR5X против GDDR6

GDDR6 предшествовала GDDR5X, которая была своего рода модернизацией на половину поколения. GDDR5X обеспечивает скорость передачи данных до 14 Гбит / с на вывод, что вдвое больше, чем у GDDR5, а также снижает напряжение с 1,5 до 1,35 В.

Это было достигнуто за счет использования более высокой предварительной выборки. В отличие от GDDR5, GDDR5X имеет архитектуру предварительной выборки 16n (против 8n на G5). Это позволяет ему получать 64 байта (512 бит) данных за цикл (на канал), в то время как GDDR5 был ограничен 32 байтами (256 бит). Точно так же GDDR5X также имеет более высокую длину пакета — 16 (как DDR5), что позволяет памяти загружать до 64-битной строки кэша за одну передачу. GDDR5 и DDR4 ограничены длиной пакета 8 (или 32B x 2 за цикл) и предварительной выборкой 8n.

Чтобы понять, что означает длина пакета, вам нужно знать, как осуществляется доступ к памяти. Когда ЦП или кеш запрашивают новые данные, адрес отправляется в модуль памяти и требуемую строку, после чего располагается столбец (если его нет, загружается новая строка). Учтите, что после каждого шага есть задержка. Затем весь столбец отправляется по шине памяти пакетами. Для DDR4 и GDDR5 каждый пакет составлял 8 (или 16 байт). С DDR5 (и GDDR5X / 6) он был увеличен до 32 (до 64 Б). Есть два пакета за такт, и они происходят с эффективной скоростью передачи данных.

GDDR6, как и GDDR5X, имеет предварительную выборку 16n, но разделена на два канала. Таким образом, GDDR6 извлекает 32 байта на канал, что в сумме составляет 64 байта, как GDDR5X и вдвое больше, чем у GDDR5. Хотя это не улучшает скорость передачи памяти по сравнению с GDDR5X, но обеспечивает большую универсальность. Длина пакета также такая же, как у GDDR5X — 16 (64 Б).

Как и DDR4, и GDDR5, и GDDR6 имеют 16 банков памяти. config

GDDR6 может получать тот же объем данных, что и GDDR5X, но по двум отдельным каналам, что позволяет ему работать как два меньших чипа вместо одного, в дополнение к более широкому одиночному.

Помимо этого, GDDR6 также увеличил плотность до 16 Гбит / с (в 2 раза по сравнению с GDDR5X, с максимальным значением JEDEC 32 ГБ) и значительно улучшает пропускную способность за счет увеличения базовой частоты с 12 Гбит / с до 14 Гбит / с (максимум 16 Гбит / с).

GDDR6 против GDDR6X

NVIDIA является первым поставщиком, который выбрал память GDDR6X в своих графических процессорах серии RTX 30, по крайней мере, в более дорогих. Он увеличивает пропускную способность на вывод с 14 Гбит / с до 21 Гбит / с и общую пропускную способность до 1008 ГБ / с, что даже больше, чем у стека HBM2 шириной 3072 бита.

Секретный соус памяти GDDR6X — это кодирование PAM4. Проще говоря, он удваивает передачу данных за такт по сравнению с GDDR6, который использует NRZ или двоичное кодирование.

С NRZ у вас было всего два состояния, 0 и 1. PAM4 удваивает его до четырех, 00, 01,10 и 11. Используя эти четыре состояния, вы можете отправлять четыре бита данных за цикл (два на край). Минус PAM4 — высокая цена, особенно на более высоких частотах GDD6X. Это причина того, что раньше никто не пытался реализовать его в потребительской памяти.

Это один недостаток. В то время как GDDR6 имеет длину пакета 16 байтов (BL16), GDDR6X ограничен BL8 или 8 байтами, но из-за сигнализации PAM4 каждый из его 16-битных каналов также доставляет 32 байта за операцию. Следовательно, большая часть улучшения пропускной способности произошла за счет более высокой рабочей частоты GDDR6X. Имейте в виду, что GDDR6X не является стандартом JEDEC, а является проприетарным решением Micron.

Память с высокой пропускной способностью (HBM)

Память с высокой пропускной способностью или HBM, впервые получившая популярность благодаря видеокартам AMD Fiji, представляет собой стандарт памяти с низким энергопотреблением и широкой шиной. HBM обеспечивает значительно более высокую пропускную способность по сравнению с GDDR5 при меньшем потреблении энергии в небольшом форм-факторе.

HBM использует тактовую частоту до 500 МГц, чтобы соответствовать низкому целевому показателю TDP, и компенсирует потерю полосы пропускания за счет большой шины (обычно 4096 бит). Карты AMD Radeon RX Vega — лучший пример реализации HBM2 в потребительском оборудовании. HBM2 решил проблему HBM1 в 4 ГБ, но ограниченная производительность в сочетании с нехваткой памяти не позволили AMD извлечь выгоду из потребительского GPU.