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GDDR3顯卡值得買?顯存技術(shù)分析與測試

    泡泡網(wǎng)顯卡頻道7月9日 顯存對于一款專業(yè)游戲顯卡來說，重要性不言而喻，顯存顆粒體質(zhì)的好壞同樣關(guān)乎玩家們超頻的樂趣，時(shí)代變遷技術(shù)發(fā)展，曾經(jīng)的GDDR3和如今的GDDR5到底有哪些性能上的提升呢？為什么常見的中高端游戲顯卡配備GDDR5顯存，低端顯卡有配備GDDR3顯存？GDDR5到底強(qiáng)在哪里？兩者有何不同？我們帶著這些問題走進(jìn)今天的技術(shù)探究。

● GDDR3：一代王者GDDR3源于DDR2技術(shù)

    無論GDDR還是GDDR2，由于在技術(shù)方面與DDR/DDR2并無太大差別，因此最終在頻率方面GDDR并不比DDR高太多。在經(jīng)歷了GDDR2的失敗之后，兩大圖形巨頭NVIDIA和ATI對JEDEC組織慢如蝸牛般的標(biāo)準(zhǔn)制訂流程感到越來越失望，認(rèn)為他們制定的顯存不能適應(yīng)GPU快節(jié)奏的產(chǎn)品更新?lián)Q代周期，于是NVIDIA和ATI的工作人員積極參與到了JEDEC組織當(dāng)中，以加速顯存標(biāo)準(zhǔn)的起草及制定。

    雙方一致認(rèn)為，顯存與內(nèi)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的應(yīng)用方面完全不同，在內(nèi)存核心頻率(電容刷新頻率)無法提升的情況下，單純提高I/O頻率來獲得高帶寬很不現(xiàn)實(shí)。因此，必須要有一種針對高速點(diǎn)對點(diǎn)環(huán)境而重新定義的I/O接口。于是GDDR3誕生了，這是第一款真正完全為GPU設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器。

    GDDR3和GDDR2/DDR2一樣，都是4Bit預(yù)取架構(gòu)，GDDR3主要針對GDDR2高功耗高發(fā)熱的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，并提升傳輸效率來緩解高延遲的負(fù)面影響。

    GDDR2只有一條數(shù)據(jù)選擇脈沖（DQS），是單一雙向的，而GDDR3則擁有讀與寫兩條獨(dú)立的DQS，而且是點(diǎn)對點(diǎn)設(shè)計(jì)。這樣做的好處在于，在讀取之后如果馬上進(jìn)行寫入時(shí)，不必再等DQS的方向轉(zhuǎn)變，由此實(shí)現(xiàn)讀寫操作的快速切換。

    相比GDDR2/DDR2，GDDR3的讀寫切換動(dòng)作可以少一個(gè)時(shí)鐘周期，如果需要對某一個(gè)連續(xù)的區(qū)塊同時(shí)讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，GDDR3的速度就要比GDDR2快一倍。

    由于存儲(chǔ)單元自身的特性，內(nèi)存顆粒的邏輯Bank是無法同時(shí)讀寫數(shù)據(jù)的，并不存在“全雙工”一說，但GDDR3的這項(xiàng)改進(jìn)讓順序讀寫成為可能。GPU本身緩存很小，與顯存之間的數(shù)據(jù)交換極其頻繁，讀寫操作穿插進(jìn)行，因此GDDR3點(diǎn)對點(diǎn)設(shè)計(jì)的DQS可以讓顯存存儲(chǔ)效率大增。但對于CPU來說，讀寫切換并不如GPU那么頻繁，而且CPU擁有大容量的二三級(jí)緩存，所以GDDR3這種設(shè)計(jì)并不能極大的提升內(nèi)存帶寬，也沒有引入到下一代DDR3當(dāng)中。

    同時(shí)GDDR3也對I/O控制電路和終結(jié)電阻進(jìn)行了修改，它不再沿用GDDR2的“推式（Push Pull）”接收器，而將其改為虛擬開極邏輯方式（Pseudo Open Drain Logic），并且通過將所有的三相數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)移到本位電路上，來簡化數(shù)據(jù)處理，將DC電流壓至最小，只有當(dāng)邏輯LOW移至總線上時(shí)才會(huì)消費(fèi)電力，從而很好的控制了功耗和發(fā)熱。

    即便使用了8bit預(yù)取技術(shù)，可GDDR4還是沒有與GDDR3拉開頻率差距，因?yàn)槠款i在I/O控制器上面而不是內(nèi)核，而GDDR5就是用來解決這一瓶頸的。

● GDDR5：恐怖的頻率是如何達(dá)成的

    和GDDR4一樣，GDDR5采用了DDR3的8bit預(yù)取技術(shù)，核心頻率顯然不是瓶頸，如何提升I/O頻率才是當(dāng)務(wù)之急。但GDDR5并沒有讓I/O頻率翻倍，而是使用了兩條并行的DQ總線，從而實(shí)現(xiàn)雙倍的接口帶寬。

GDDR5各項(xiàng)總線工作頻率示意圖

    雙DQ總線的結(jié)果就是，GDDR5的針腳數(shù)從GDDR3/4的136Ball大幅增至170Ball，相應(yīng)的GPU顯存控制器也需要重新設(shè)計(jì)。GDDR5顯存擁有多達(dá)16個(gè)物理Bank，這些Bank被分為四組，雙DQ總線交叉控制四組Bank，達(dá)到了實(shí)時(shí)讀寫操作，一舉將數(shù)據(jù)傳輸率提升至4GHz以上！

    以往GDDR1/2/3/4和DDR1/2/3的數(shù)據(jù)總線都是DDR技術(shù)(通過差分時(shí)鐘在上升沿和下降沿各傳輸一次數(shù)據(jù))，官方標(biāo)稱的頻率X2就是數(shù)據(jù)傳輸率，也就是通常我們所說的等效頻率。而GDDR5則不同，它有兩條數(shù)據(jù)總線，相當(dāng)于Rambus的QDR技術(shù)，所以官方標(biāo)稱頻率X4才是數(shù)據(jù)傳輸率。比如HD4870官方顯存頻率是900MHz，而大家習(xí)慣稱之為3600MHz。

    NVIDIA對于GDDR5當(dāng)然很感興趣，但卻一點(diǎn)都不著急，保守的NVIDIA決定堅(jiān)守GDDR3，GTX200核心使用了512Bit顯存控制器來提升帶寬。比起R600的環(huán)形總線，NVIDIA從256Bit到384Bit再到512Bit一步一個(gè)腳印走出來的交叉總線顯然更加成熟。

    以256Bit對抗512Bit，ATI只能將籌碼全部押在GDDR5身上，于是在GDDR5標(biāo)準(zhǔn)尚未完全確立之前，ATI已經(jīng)在緊鑼密鼓的測試性能，并督促DRAM廠投產(chǎn)?？梢哉fGDDR5和GDDR2/4一樣也是個(gè)早產(chǎn)兒，但失敗乃成功之母，有了完善的技術(shù)規(guī)格和制造工藝的支持，GDDR5一出世便令人刮目相看。