拒絕顯存瓶頸 解讀GDDR5顯存技術

在顯卡技術領域，隨著GPU性能的逐步提升，顯卡對顯存帶寬的需求也與日俱增，而GDDR3顯存已經無法滿足下一代GPU的需求。為此芯片廠商推出了GDDR4顯存顆粒，遺憾的是，相比GDDR3而言，GDDR4並沒有徹底解決功耗和帶寬問題，而且成本過於昂貴。芯片廠商則直接跳過了GDDR4，轉而發展GDDR5顯存顆粒，與GDDR3顯存顆粒相比，GDDR5具有哪些特點呢

　　突破瓶頸：帶寬提升三倍

　　顯存帶寬決定了GPU與顯存之間的數據傳輸速率，通常來說顯存帶寬越大，顯卡性能就越出色，但要提高顯存帶寬，最直接有效的辦法是提升顯存位寬。遺憾的是，顯存位寬並不是由芯片技術決定，而是取決於板卡設計，它與顯存顆粒位寬和顯存頻率息息相關，在這點上，盡管GDDR3顯存顆粒是時下的主流，但面對采用RV770核心的新一代GPU（VPU）構架，如Radeon HD4870，GDDR3顯存顆粒已經呈現出了疲態，此時GDDR4或GDDR5顯存顆粒就是最好的補充。不過由於GDDR4顯存顆粒的頻率提升不夠顯著，加之顆粒參數上的限制，有時會造成性能缺陷，而GDDR5顯存顆粒卻擁有足夠大的帶寬。

　　

　　GDDR5的信號傳輸原理

　　根據公式：顯存帶寬＝顯存頻率×顯存位寬。我們知道，如果要提高顯存帶寬，可以增加顯存工作頻率或顯存位寬，而要改變顯存位寬，最常見的辦法就是增加顯存顆粒數，這樣勢必提升顯卡成本，而且還會增加顯存的功耗。對於顯存顆粒廠商而言，提升顯存頻率以提升顯存帶寬成了一條主攻路線，而顯存頻率的大小，又主要取決於顯存顆粒的速度，GDDR5顯存顆粒就是通過采用最新的技術工藝，使得顯存芯片擁有更高的頻率。

　　據資料顯示，目前主流顯卡采用了GDDR3顯存顆粒，其每個引腳的數據傳輸率僅為1.6Gbps，單顯存顆粒（32bit）也只能提供6.4GB/s帶寬，而現在高速的GDDR5顯存顆粒每個引腳的數據傳輸率可以達到5Gbps（即傳輸頻率為5GHz，時鐘頻率為2.5GHz）或6Gbps，單顯存顆粒（32bit）可以提供20GB/s帶寬（即5GHz×32bit/8），如果搭配同數量、同顯存位寬的顯存顆粒，GDDR5顯存顆粒提供的總帶寬是GDDR3的3倍以上，譬如顯卡的顯存位寬為256bit，其數據傳輸率可以達到160GB/s，如果使用主流512bit配置設計，顯卡數據吞吐可以達到驚人的320GB/s帶寬。

　　

　　GDDR5的帶寬高達6Gbps

　　小貼士：顯存的引腳是指顯存顆粒與內存PCB上的金屬觸點，顯存芯片在封裝後，顯存與PCB需要通過金屬觸點進行信號傳輸，對於GDDR5顯存而言，由於其采用了FBGA封裝形式，為此柱狀焊點按陣列形式分布在封裝下面，並向芯片中心方向引出，其優點是有效地縮短了信號的傳導距離，信號傳輸線的長度僅是TSOP封裝（薄型小尺寸封裝）的1/4，降低了抗干擾，也提升了性能，而“每引腳數據傳輸率”指的是每個金屬觸點所能提供的數據傳輸速度。

　　高效節能：功耗降低20℅

　　毫無疑問，相比GDDR3或GDDR4顯存顆粒而言，GDDR5顯存顆粒最大的亮點就是擁有更高的帶寬，但顯存頻率的提升，也增加了芯片功耗，這會制約顯卡性能的發揮。從技術標准來看，GDDR3顯存顆粒的工作電壓為1.8V，而GDDR4及GDDR5的工作電壓都為1.5V，不過GDDR4並沒有解決高功耗、高發熱的問題，導致GDDR4顯存顆粒的功耗反而比GDDR3高，這也是造成GDDR4顯存顆粒的頻率停留在1GHz～1.4GHz的主要原因。

　　相比GDDR4顯存顆粒而言，GDDR5顯存顆粒不單單將數據傳輸率提升了一倍，它還擁有更低的工作功耗。據了解，得益於優秀的電源管理技術，GDDR5顯存顆粒會比 GDDR4省電20℅左右。譬如在空閒時自動降低顯存的頻率，功耗和發熱量得到了很好的控制。而且在制程技術上，GDDR4顯存顆粒采用的是80nm甚至90nm工藝制程，而GDDR5顯存顆粒將采用66nm或55nm工藝制程，並采用170FBGA封裝方式（是指采用了FBGA封裝，並擁有170個球狀觸點），從而大大減小了芯片體積，芯片密度也可以做到更高，為此進一步降低了顯存芯片的發熱量。

　　對於顯卡來說，基於應用需求的不同，涉及大量圖形數據處理的GPU需要更快的顯存支持，GPU自身也因此具有驚人的內存位寬，而面對下一代512bit位寬的顯卡，GPU必須與頻率更高的顯存芯片配合，如果讓頻率相對較低的GDDR3顯存顆粒去搭配Radeon HD4870顯卡，顯然無法發揮GPU的性能潛力，而使用55nm工藝制程的GDDR5顯存顆粒就正好門當戶對。這不僅僅可以實現低功耗，還能讓顯卡內部的協調更有效，從而最大限度地發揮顯卡性能。

　　

　　GDDR5的制造工藝更高

　　新技術：讓顯卡更穩定

　　正是由於GDDR5顯存顆粒具有低功耗、高性能的特點，為此還有利於提高顯卡電路設計的穩定性，顯卡在實際應用中，可以獲得更高的數據安全性，因而相比GDDR4的誤糾正技術，該技術可以檢測顯存在讀取和寫入數據的錯誤，而且可實現同步檢測並修正。譬如發現有數據讀寫有錯誤或數據傳輸不同步，錯誤糾正技術能夠實現快速重新發送，以確保顯卡能夠穩定運行。

　　

　　GDDR5的錯誤糾正技術

　　GDDR5顯存顆粒還加入了一項“適應性界面計時”技術，該技術可以根據系統的實際需要，自動調節顯存可伸縮的字節。此舉可以讓數據傳輸更加高效，同時還具有節能的效果，確保顯卡的穩定運行。對於顯卡廠商而言，利用“適應性界面計時”技術還可以減少PCB板的成本，讓顯卡更加廉價。GDDR5顯存顆粒還有一項“DEO（數據眼優化）”技術，它支持時間延遲調整，允許廠商自行設定延遲，讓顯卡可以滿足不同用戶的應用需求。此外，“數據眼優化”技術還能對界面驅動、工作電壓等進行優化和調節，不僅可以提升顯卡性能，也讓顯卡PCB板和電路設計更加穩定。

　　

　　GDDR5的數據優化技術

　　高顯存帶寬：引爆PCI-E 2.0

　　對於高端顯卡來說，PCI-E 2.0顯卡搭配GDDR5顯存顆粒是十分必要的，PCI-E 2.0接口帶寬達到了單向8GB/s（雙向16GB/s），充足的接口帶寬對於高性能GPU會有明顯的性能提升，但如果只搭配GDDR4顯存顆粒，顯存帶寬低了不少，也就意味著顯卡性能大打折扣，從實際應用角度來看，隨著GPU性能越來越強http://.，以及SLI、Quad SLI雙模式甚至多核心顯卡的推出，GDDR5顯存顆粒與PCI-E 2.0規格的雙雙聯合，會讓顯卡GPU的3D性能得到充分發揮。而且也降低了顯卡成本，讓主流顯卡更具競爭力。

　　寫在最後：GDDR5市場趨勢

　　與GDDR4相比，GDDR5擁有高性能、低功耗、穩定性更好等優勢，它更能滿足3D圖形帶寬的發展需求。我們可以斷定，盡管GDDR4早已在市場上開始應用，但它只是過渡性的臨時方案，GDDR5才代表未來的主流趨勢。據了解，在2007年的高端圖形市場中，GDDR4僅占了10%的市場，2008年GDDR4市場的成長幅度較快，但仍無法在一年之內成為主導。而在2008年下半年，奇夢達、三星、現代等廠商將會開始大規模量產GDDR5芯片，而且將占顯卡市場7%的份額，預計到2009年，GDDR5將會超過20%的市場占有率，2010年時將成為主流，此時GDDR4的市場將被徹底擠占。NVIDIA、ATI及Intel已經開始准備在下一代顯卡，如Radeon HD4870上采用GDDR5顯存。

　　

　　GDDR5能提供的帶寬

　　總的來看，GDDR5 顯存顆粒可大幅提升繪圖硬件效能，同時為軟件設計師帶來更大空間，讓游戲及繪圖世界能更加真實，減少因顯存頻率、帶寬不足而造成的瓶頸。在顯存容量上，目前主流顯卡為512MB、768MB，盡管相比此前的256MB有突破性提升，但依然無法滿足雙核CPU在大型程序下的數據交換需要。采用GDDR5顯存後，顯卡顯存的容量起點將是512MB，這讓入門級顯卡也擁有了出色的3D性能，而且屆時1GB顯存容量將成為市場主流。為了滿足市場需求，預計到2009年，顯存芯片商將會推出更高容量的顯存顆粒。到那時候，GDDR5顯存將全面統領顯卡市場。

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