Когда появилась gddr5 память

Обновлено: 06.07.2024

Те, кто впервые решил собрать свой ПК самостоятельно либо разобраться в его внутренностях, начинают сталкиваться с огромным количеством непонятных терминов. Когда мы открываем крышку корпуса, видим массу проводов, пластинок, вентиляторов, радиаторов и т.д. Чтобы не вызывать лишний раз мастера и не обращаться к друзьям, проще разобраться самому.

Сегодня мы поговорим о таком интересном понятии, как GDDR5. Что это, многие не знают, некоторые могу предполагать, другие осведомлены и разбираются. Чтобы не запутать читателя, стоит сразу сказать, что GDDR5 – это память. К чему она относится и где находится, мы узнаем дальше.

Видеопамять

Чтобы не вываливать на неосведомленного человека сразу кучу терминов, лучше подойти с другой стороны. Все мы знаем о материнской плате, которая размещена в корпусе ПК. К ней подсоединяются процессор, блок питания, видеокарта, ОЗУ и другие элементы. Помимо того, что существует оперативная память самой системы, также есть подобное понятие и у видеокарты.

Отсюда появляется термин – видеопамять. Фактически это то же самое, что и оперативная память, но отвечающая конкретно за хранение той части информации, которая нужна для воспроизведения изображения на экране. В отличие от ОЗУ всей системы, эта отвечает только, грубо говоря, за видео. Поэтому чипы видеопамяти разместили на видеокарте.

Видеопамять стандарта GDDR5

Видеопамять стандарта GDDR5 – это новое и актуальное на момент составления данного материала (июнь 2021 года) поколение носителей. Именно она устанавливается в абсолютное большинство графических ускорителей – от бюджетных до топовых, от мобильных до настольных. Она разработана с нуля специально для использования в видеокартах, благодаря чему достигается высокая производительность.

Компания AMD выпускает свои видеокарты на GDDR5 с 2008 года. NVIDIA немного задержались – релиз первого устройства на этой памяти состоялся в 2010 году.

В целом GDDR5 характеризуется следующим образом:

Максимальная тактовая частота – 7 ГГц (но на практике она практически не встречается, в отличие от 4-5 ГГц);
Энергопотребление – 1.5 В;
4 передаваемых бита за такт.

Всё это делает GDDR5-стандарт очень производительной видеопамятью. О скорости её работы говорит также то, что в некоторых игровых консолях (в частности PS4) и серверных конфигурациях, где требуется максимальное быстродействие в сочетании с отказоустойивостью, GDDR5-модулю используются в качестве «оперативки».

Итак, подведём итоги.

Достоинства

Высокая производительность, которая отвечает требованиям современных игр;
Низкое энергопотребление.

Недостатки

Видеокарты с видеопамятью GDDR5 – это современное решение, которое отвечает актуальным требованиям по производительности. Увеличенная вдвое по сравнению с DDR3 скорость работы обеспечивает быстрый доступ к любым шейдерам, библиотекам и объектам, хранящимся в накопителях GDDR5.

GDDR5 в 2021 году оснащаются графические ускорители всех классов – и бюджетного, и среднего, и топового. Вопрос лишь в объёме и производительности ядра. Кроме того, стоит учесть, что конкретная скорость зависит от модели видеокарты, её производителя и некоторых других параметров.

Разновидность

Прежде чем мы узнаем о том, что такое GDDR5 на видеокарте, придется разобраться в разнообразии. Типов оперативной памяти за все время было бесчисленное количество. Описывать каждый нет смысла, поэтому стоит перейти сразу к сути.

В целом, оперативное запоминающееся устройство получила имя DRAM. Впервые оно стало известно миру во время Второй мировой войны. Но в своем современном проявлении появилось в 1966 году. Длительно время разработчики и производители старались улучшить ОЗУ. Одним из первых типов стал PM DRAM в начале 90-х годов прошлого века.

Но разработчикам необходимо было все время увеличивать быстродействие и объем «оперативки». Спустя шесть попыток, на рынке появляется новый тип – DDR SDRAM. Он стал отличаться от предыдущих модификаций повышенной скоростью передачи данных (в два раза). Этот тип сначала устанавливался в видеоплатах. Со временем разработчики решили применять ОЗУ и на чипсетах.

Дата выхода DDR5

Ещё в марте 2021 года JEDEC объявил, что над DDR5 ведутся работы, и его выпустят в 2021 году. В ноябре 2021 года SK Hynix наконец-то анонсировала первый в мире модуль оперативной памяти, совместимый с DDR5, который, по их словам, будет доступен потребителям в 2021 году.

С тех пор SK Hynix действительно выпустила несколько хороших новостей о том, что DDR5 будет официально выпущен к концу 2019 года, независимо от того, произойдет ли это на самом деле, хотя это уже совсем другая история. Тем не менее, с появлением в июле последних APU и процессоров AMD, DDR5 станет долгожданным дополнением. И когда он наконец появится, то покроет растущий спрос на более высокую пропускную способность памяти.

Поскольку новые процессоры теперь имеют больше ядер, чем когда-либо, необходимо было усовершенствовать индустрию оперативной памяти, чтобы соответствовать требованиям пропускной способности ГБ/с на ядро. Благодаря увеличению скорости передачи данных DDR5 явно делает огромный шаг вперед в правильном направлении, что видно на графике ниже.

Основа

Считается, что GDDR5 появилась именно благодаря DDR SDRAM. Эта пятая версия, которую сформировали для приложений. Эти софты требовали высокую полосу пропускания. Предшественником этого варианта стала память четвертого поколения. Обе основывались на DDR3. Канал связи стал удвоенным, появились буферы на ширину 8 битов.

Интересно, что над этим типом работало много производителей. Так в исследовательский «кружок» попали Hynix, Qimonda, Samsung и JEDEC. Сюрпризом стало то, что с ними работала и компания AMD. Работа заняла очень много времени, и от самого начала до финиша прошло три года. За это время разработчикам удалось добиться отличных результатов.

Тогда многие узнали о GDDR5, что это и для чего. Но не все могли использовать эту память, так как её спецификации все еще формировались. Так в начале своего пути чипы работали на невысоком напряжении 1,5 В, при этом плотность составляла 0,5-2 Гб. Частота их достигала 4000 МГц, а через какое-то время удалось поднять этот показатель до 7000 МГц.

Уже в 2009 году появился чип с плотностью 1 Гбит, спустя год – с плотностью 2 Гбит. Последний вариант был сформирован по техпроцессу 50-нм. К началу 2015 года разработка привела к отличным результатам. Плотность чипа достигла 8 Гбит, а техпроцесс был задействован на 20-нм. Такой рекордсмен вышел под руководством корейской компании Samsung.

Спецификация

Чтобы подробнее узнать о GDDR5, что это и для чего нужна эта память, важно рассмотреть основные характеристики, которые сейчас применяются всеми производителями. Как уже стало понятно, в названии буква «G» отвечает за понятие Graphics. То есть этот тип памяти нужен для работы видеокарты.

GDDR5 была выпущена согласна стандартизации. Под управлением 8n архитектуры, с интерфейсом конфигурации динамики, а также с технологиями, которые позволяли увеличить быстродействие. Один чип имеет разрядность 32 бита и корпус у него на 170 контактов. Техпроцесс равен 40-нм.

Частота может определяться двумя показателями. Если первая показывает значение 1250 МГц, то вторая будет равна 2500 МГц, то есть в два раза больше. Производители часто указывают отличающиеся частоты, но сама скорость передачи будет всегда одинаковой.

Главным преимуществом новинки стала улучшенная пропускная способность. В отличие от третьего поколения видеопамяти, пятое стало работать на шине шириной 128/256 бит. Во много это помогло сэкономить по некоторым показателям. Так, в GDDR3 использовали 512 бит для шины. Такой показатель увеличивал размер чипа, его упаковку, а соответственно и стоимость всей модели. Видеокарты с таким типом потребляли и большее количество энергии.

Внедрение

Теперь мы знаем о GDDR5, что это видеопамять, над которой работали ведущие производители. Неудивительно, что первая модель видеокарты появилась в 2008 году именно от компании AMD. Ей стала ATI Radeon HD 4870. Была представлена в двух вариациях, которые отличались объемом: 512 Мб и 1 Гб.

Были и модели от Nvidia Geforce. GDDR5 появились сразу в целой серии карт, среди которых были: GTX 550, GTX 560, GTX 580, GTX 590, GTX 660, GTX 680 и др. Кроме того, этот тип памяти ныне встречается и в четвертой версии консоли PlayStation. При этом её тут поместили в качестве ОЗУ.

Расшифровка GDDR5: что это значит?

GDDR — аббревиатура от английского Graphics Double Data Rate. Расшифровка: графическая с удвоенной скоростью передачи данных. Пятерка же означает, что это уже пятое поколение видеопамяти DDR SDRAM. Спроектирована эта модификация специально для приложений, которые требуют более высокой рабочей частоты.

Подобно предшественнице, четвертому поколению, GDDR5 спроектирована на основе ОЗУ DDR3 с удвоенными каналами связи (по сравнению с ДДР2). Отличается от предыдущих поколений более высокой скоростью обмена данными (до 9 Гбит/с).

С GDDR3 разница существенная: там скорость, как и у GDDR4, гораздо меньше. Это же касается и частоты: отличия есть, и по всем параметрам ГДДР5 лучше предшественниц.

Вопреки сложившемуся у некоторых пользователей стереотипу, продвижение такого стандарта — не маркетинговый ход с целью втюхать непонятно что, но подороже. Сегодня та же ГДДР3 применяется только в бюджетных графических чипах, как и четвертое поколение. В мощных видеокартах, которые должны тянуть современные игры, давным-давно используется GDDR5 или даже что-то лучше.

Интересный факт: первый графический адаптер с такой видеопамятью выпущен еще в 2008 году. Это была ATI Radeon HD 4870 — на тот момент очень неплохая видеокарта. Прошло уже 12 лет, но ГДДР5 до сих пор применяется, так как альтернатива не слишком дорогая, чтобы делать видеокарты на их основе доступными для широкой аудитории.

Выводы

Резюмируя все вышеописанное, важно понимать, что прошло много времени после того, как появилась ОЗУ. Видеопамять развивалась и формировалась. Сейчас пятое поколение уже не самое скоростное среди всех. Относительно недавно стал известен еще один тип – GDDR5X. Он в два раза быстрее. Тем не менее, именно GDDR5 самая востребованная память, не только как составляющая видеокарты, но и как самостоятельные чипы ОЗУ.

Сейчас главной угрозой, которая может способствовать исчезновению этого типа памяти с рынка, является то, что память больше некуда развивать и улучшать. Кроме того, пока никак не удалось решить проблему с высокими показателями энергопотребления. И хотя значения относительно предыдущих версий стали гораздо меньше, все же ничего это не решает. К тому же, учитывая последние тенденции к оверклокингу, проблема с повышенным электропотреблением насущна и акутальна.

DDR5 – цена и доступность

Всегда есть некоторые предположения, связанные с ценами на новое оборудование, и DDR5 ничем не отличается. В настоящее время у нас нет точной цены, сколько будет стоить сверхбыстрая память, но мы знаем, основываясь на исторических данных, что это будет больше, чем DDR4. Кто бы знал?!

В этом нет ничего удивительного, но стоит упомянуть, что у DDR4 всё ещё есть возможность нанести неприятный удар по вашему карману. Оперативная память DDR4 более высокого уровня может стоить более 10000 рублей за планку, а DDR5 обещает быть в два раза лучше… Как это отразиться на цене, пока не объявлено.

Доступность – похожая история, к сожалению. Вероятно, мы увидим появление DDR5 в мобильном сообществе сначала через Samsung и Micron в разновидности LPDDR5. Это будет хороший ориентир для того, что мы можем ожидать от настольных ПК.

Твердый индикатор того, когда DDR5 станет полностью мейнстримом, был отображен на графике, разработанном SK Hynix. Они пытались оценить, как рынок продаж будет развиваться в ближайшие годы.

По оценкам SK Hynix, в 2021 году 25% всех продаж на рынке памяти будет представлено DDR5, а к 2021 году они ожидают более 40%. Это даёт нам хорошее представление о том, сколько будет стоить оперативная память, поскольку они считают, что DDR4 всё ещё будет играть важную роль.

Содержание

История

В 2007 году , Qimonda продемонстрировала и образцы GDDR5, и выпустила документ о патенте технологиях GDDR5. По состоянию на 10 мая 2008 года Qimonda объявила о производстве модулей памяти GDDR5 объемом 512 Мб и пропускной способностью в 3,6 Гбит / с (900 МГц ), 4,0 Гбит / с (1 ГГц), и 4,5 Гбит / с (1,125 ГГц). Hynix Semiconductor представила в 2007 году GDDR5 изготовленную по 60 нм технологии с размером памяти в 1 Гб, которая обладала пропускной способность в 20 Гбит / с на 32-битной шине. В следующем году, в 2008 году Hynix представила 50 нм модуль на 1 Гб памяти GDDR5.

25 июня 2008, AMD стала первой компанией на отгрузку продукции с использованием памяти GDDR5 с линейкой видеокарт HD 4870 Radeon , включающей модули 512 МБ памяти Qimonda в 3,6 Гбит / с пропускной способности.

20 ноября 2009 года, Elpida Memory объявила об открытии Munich Design Center, ответственную за разработку и проектирование в области графики DRAM ( GDDR ).Так же Elpida получил GDDR прототипы от Qimonda AG в августе 2009 года после ее банкротства. Munich Design Center насчитывает около 50 сотрудников и оснащен высокоскоростным оборудованием для тестирования памяти в различных условиях и для различных задач.

Hynix выпущенный 2010 году по 40 нм технологии с 2 Гб GDDR5, работает на 7 ГГц тактовой частоте и обрабатывает до 28 Гб / с с модуля памяти «2 Гб GDDR5» 4 Гб модули GDDR5 стали доступны в третьем квартале 2013 года Первоначально выпущенные Hynix и Micron Technology быстро прижились в условиях рыка в 2014 г.

Технологии

GDDR5 соответствует стандартам, которые были изложены в спецификации GDDR5 JEDEC. Она использует 8n архитектуру предварительной выборки иинтерфейс динамической конфигурации устройств, для достижения высокого быстродействия и может быть сконфигурирована для управления в режимах x32 или x16 (clamshell), который выбирается во время инициализации устройства.

GDDR5 продолжает осуществление проверенного на практике высокоуровневого прекращения подачи сигнала, при сохранении напряжения драйверов виртуального устройства Vdd и Vddq на уровне 1,5В, с возможностью дальнейшего потенциального снижения напряжения. Интерфейс GDDR5 оптимизирован для 32 и 64-разрядных каналов. Генератор тактовых импульсов, команды и адреса могут перераспределяться между двумя устройствами, в то время как управляющие данные передаются по двухточечному маршруту для обеспечения высокой скорости передачи данных.

Инверсия данных на линиях

Инверсия данных на линиях (DBI) – это технология снижения числа передаваемых нулей. Данные инверсируются, если более 50% информационных двоичных разрядов внутри байта представляют нули. Поскольку трансмиссионные подводящие линии GDDR5 обладают высоким уровнем штатного завершения, уменьшение количества сигнальных магистралей, действующих на низшем (нулевом) уровне, приводит к снижению распыления энергии в согласующем резисторе и выводимых драйверах. Кроме того, инверсия данных улучшает качество сигнала за счет сокращения случайных помех, вызванных шумом. GDDR5 обеспечивает инверсию адресной шины (ABI) так же эффективно, как DBI, что тоже снижает энергопотребление и шумы на адресных магистралях.

Подача сигнала

Регулировка сигнала представляет собой одну из самых больших проблем в высокоскоростных приложениях. Технология подачи сигнала GDDR5 предоставляет системным компоновщикам надежные, легко применимые решения. Также она дает возможность выстраивать в последовательный ряд сигналы и синхроимпульсы относительно друг друга. Подача сигнала представляет собой фазу согласования различных сигналов. GDDR5 работает с двумя различными типами синхроимпульсов: командный сигнал (CK), куда отсылаются и входящие адреса и команды, и пишущий синхроимпульс, где записываются и читаются данные. Подача синхроимпульсов и данных осуществляется в три этапа: подача адресных данных (настраивает адресную шину на командный синхроимпульс), настройка WCK на CK (настраивает пишущий синхроимпульс на командный синхроимпульс) в детекторе дисперсной фазы DRAM и, наконец, подача сигнала (окончательно переводит данные в соответствующий пишущий синхроимпульс). По итогам подачи все сигналы и синхроимпульсы выстраиваются в памяти.

Адаптация

Технология GDDR5 SGRAM обладает несколькими характеристиками, которые позволяют контроллеру наилучшим образом привести в соответствие показатели входа и выхода устройства с фактическим полным сопротивлением и тем самым улучшить исходные данные для надежной передачи информации. Это следующие характеристики:

автоматическая калибровка процессов, коррекция параметров температуры и напряжения;
контролируемая программным обеспечением, регулируемая сила накопителя;
контролируемая программным обеспечением оконечная нагрузка, равная сопротивлению, при передаче данных, адресов и команд;
контролируемые программным обеспечением параметры эталонного напряжения на входе.

Определение сигнала ошибки

Новой отличительной особенностью GDDR5 является возможность распознавать искажения при передаче, возникающие на высокоскоростных сигнальных магистралях. Поскольку графические системы хранят все большее количество кодов в DRAM, детектирование сигнала ошибки приобретает очень большое значение. Это связано с тем, что ошибка на произвольном разряде при любой высокоскоростной передаче данных приведет к недопустимым системным сбоям. В GDDR5 передаваемые данные сохраняются посредством цикла квантовых вычислений с использованием алгоритма, точно установленного для высококачественной среды передачи данных, таких как сети АТМ. Алгоритм распознает все единичные и двойные ошибки со стопроцентной точностью. Когда контроллер DRAM распознает ошибку, команду, вызвавшую эту ошибку, можно повторить еще раз. Распознавание ошибки может использоваться для инициирования повторного тренинга канала передачи данных, что позволяет системе динамично приспосабливаться к меняющимся условиям, таким, как изменение температуры и напряжения.

Частота сигналов

GDDR5 использует две тактовые частоты, CK и WCK, последняя в два раза больше первой. Команды передаются в режиме SDR (стандартная тактовая частота) на частоте CK; адресная информация передаётся в режиме DDR на частоте CK; а данные передаются в режиме DDR на частоте WCK. Интерфейс GDDR5 передает два информационных слова шириной 32 бита за тактовый цикл (WCK) через выводы микросхемы памяти. Соответствуя 8n предварительной выборке, единичный доступ для чтения или записи состоит из двух передач данных шириной 256 бит за тактовый цикл (CK) внутри ядра памяти и восьми соответствующих половинных передач данных шириной 32 бита за тактовый цикл (WCK) на выводах микросхемы памяти. Например, для GDDR5 со скоростью передачи данных 5 Гбит/с (Gbps) на вывод CK подается тактовая частота 1,25 ГГц, а WCK c частотой 2,5 ГГц. Также часто употребляется эффективная частота (QDR), поскольку как написано выше данные передаются на частоте WCK в режиме DDR. В приведенном примере эта частота составляет 5 GHz.

В связи с наличием двух частот (CK, WCK) производители изделий использующих GDDR5 могут указывать разные частоты для памяти, хотя скорость передачи данных может не отличаться. Nvidia указывает частоту WCK, AMD — частоту CK.

Ядро памяти

Архитектура ядра GDDR5 оптимизирована для поддержания высокого диапазона частот интерфейса, а также одновременного обеспечения низкого времени ожидания прямого доступа в ядро памяти. Это достигается благодаря наличию 16 информационных банков и предварительной выборке 8 из них, что превращает GDDR5 в стандарт с исключительно высокой производительностью.

Базовыми компонентами ядра являются 8 банков на 512 Мбит памяти GDDR5 и 16 банков на 1 или 2 Гбит, предварительная выборка 8 и фиксированный размер страницы 2кВ для всех плотностей записи.

Управление энергопотреблением

GDDR5 разработана таким образом, чтобы обеспечить потребление энергии только в случае реальной необходимости. Следующие характеристики и методики специально применяются в GDDR5 для обеспечения управления энергопотреблением по требованию:

чрезвычайно широкий диапазон синхронизирующей частоты и скорости передачи данных;
доступ к многоступенчатому завершению работ по требованию;
режимы пониженной мощности для ядра DRAM;
низкое потребление энергии 1,5 В;
инверсия разрядов данных и адресов;
режимы выключения питания и самообновления.

Технология GDDR5 позволяет системе оперативно изменять скорость передачи вводимых и выводимых данных памяти в соответствии с рабочей нагрузкой. Скорость вводимых и выводимых данных в GDDR5 может колебаться от 5 Гбит/с до 200 Мбит/с (при синхронизирующей частоте 50 МГц).

В зависимости от нагрузки, набор рабочих параметров может меняться, чтобы постоянно обеспечивать работу при наименьшем возможном энергопотреблении. На более низких частотах ФАПЧ (система фазовой автоподстройки частоты) может выключаться, и интерфейс GDDR5 может быть переведен в стробирующий режим с малой мощностью. В этом случае графический процессор может выключать синхронизатор восстановления данных, тем самым снижая энергопотребление. Для упорядочивания данных в стробирующем режиме DRAMвместе с данными посылается строб-импульс через контакт управления экономичным распределением нагрузки (EDC). Помимо масштабирования частоты входа и выхода, ядро DRAM GDDR5 предусматривает режим малой мощности для работы на низких частотах.

Он задается набором разрядов малой мощности из контроллера. Прекращение сигнала необходимо для соответствия полному сопротивлению трансмиссионных каналов и улучшения качества сигнала. Однако и при прекращении сигнала происходит потребление энергии. При низкой скорости передачи данных подача сигналов требует резерва, который позволяет запускать систему с частично подогнанным межэлектродным сопротивлением завершения передачи сигнала.GDDR5 позволяет удвоить сопротивление на более медленных скоростях передачи данных или даже отключить его. Завершение передачи может выполняться отдельно применительно к информационной, адресной и командной шине и синхронизатору WCK для получения максимальной выгоды от энергосбережения. Возможность инверсии информационных и адресных разрядов не приводит к снижению энергии, потребляемой согласующим резистором и выводящими драйверами. Схема высокого уровня прекращения передачи сигнала предусматривает потребление энергии только в случае перевода линии передачи на низкий уровень. Поскольку инверсия разрядов данных и адресов эффективно снижает количество низких сигналов в информационной и адресной шинах, в результате снижается и общее потребление энергии системой в целом.

Производоство

В ноябре 2009 г. компания Elpida Memory представила рынку микросхему памяти GDDR5 плотностью 1 Гбит, обеспечивающую передачу данных со скоростью 6 Гбит/с;

В июне 2010 она представила микросхему памяти GDDR5 плотностью 2 Гбит, изготовленной по нормам 50 нм с применением медных внутренних соединений. Выпуском микросхем по заказам Elpida с конца 2010 г. занимается её партнер — тайваньская компания Winbond Electronics.

В начале 2015 г. компания Samsung Electronics объявила о начале серийного выпуска первых в мире микросхем памяти GDDR5 плотностью 8 Гбит (предназначена для графических карт, используемых в ПК и суперкомпьютерах, для игровых консолей и ноутбуков); память выпускается по 20-нмтехнологии. Компания Samsung Electronics, являющаяся крупнейшим поставщиком микросхем памяти, осенью 2010 объявила о расширении инициативы «Green Memory» («Зеленая память», с пониженным энергопотреблением) и на графическую память для ПК; теперь инициативы, наряду с памятью DRAM и твердотельными накопителями (SSD), распространяется также и на память Samsung LPDDR2 и GDDR5.

GDDR3 vs GDDR5

Сравнение производительности видеокарт с использованием технологий GDDR3 и GDDR5 на примере GTA"V" ( оперативная память, процессор и иные характеристики тестируемых систем примерно одинаковы, что дает увидеть, реальную разницу в производительности, при смене используемых GDDR-модулей):

GeForce GTX 750 2GB GDDR5:

AMD Radeon R7 240 2GB GDDR3:

Современное положение

Новый чип от Samsung обеспечивает высокую пропускную способность для обработки высококачественных потоков графических данных. Чип разработан для приложений, требующих высокой полосы пропускания, предназначен для использования в видеокартах для ПК, а также встроенных графических картах для игровых консолей и ноутбуков. С ростом популярности 3D игр и быстрым распространением UHD видеоконтента сегодня стала увеличиваться потребность в высокопроизводительной видеопамяти – в связи с этим решение от Samsung является особенно актуальным.

«С выпуском нашего нового продукта мы обеспечим OEM-производителей лучшим на сегодняшний день решением видеопамяти для игровых консолей, а также ПК и ноутбуков, – сказал Joo Sun Choi (Джу Сан Чой), исполнительный вице-президент подразделения Memory Sales and Marketing компании Samsung Electronics, – Расширяя нашу линейку DRAM-памяти класса 20 нм, мы стремимся удовлетворить растущий спрос клиентов и берем на себя инициативу по ускорению роста рынка высокоплотной памяти».

Новое решение обеспечивает скорость операций ввода / вывода 8 Гбит в секунду, что более чем в четыре раза превосходит производительность DDR3 DRAM памяти, которая широко используется в современных ноутбуках, при этом каждый чип может оперировать с 32-битными I/O. 2 ГБ модуль видеопамяти можно создать при помощи всего двух новых чипов, которые в совокупности могут обрабатывать до 64 ГБ графических данных в секунду. Это примерно равно обработке 12 Full-HD DVD (5 ГБ эквивалент) в секунду.

С выпуском новой 8 Гб GDDR5 DRAM видеопамяти компания Samsung пополнила свою линейку 8 Гб DRAM решений на основе собственной технологии производства по передовому 20 нм процессу, которая помимо рынка видеопамяти охватила также рынки памяти для серверов, ПК и мобильных устройств. Samsung как крупнейший в мире производитель решений памяти будет продолжать расширять производство DRAM продуктов 20 нм класса различной плотности (в том числе 4 Гб, 6 Гб, 8 Гб и более высокой плотности) чтобы укрепить свои лидирующие позиции в премиальных сегментах рынка информационных технологий.

В стандарте GDDR5 нынешний тип памяти достиг своего предела, и хотя небольшие возможности для роста ПСП еще есть, но они требуют слишком больших усилий и не изменят ситуацию кардинально. Но самое главное — вопрос высокого энергопотребления не решился до сих пор (при этом энергоэффективность — главный параметр для любого современного чипа) — даже текущие поколения GDDR5-памяти уже потребляют слишком много энергии из-за сложных механизмов тактования и работы на очень высокой частоте, а любые улучшения её производительности связаны с дальнейшим повышением частоты и сложности чипов, а значит, и энергопотребления.

Также, чипы GDDR5 занимают слишком много места на плате и требуют применения нескольких каналов памяти, что усложняет сам графический процессор (особенно если говорить о топовых GPU с 384/512-битной шиной памяти).

Для решения этих и других проблем имеются планы по разработке и внедрению нового стандарта памяти — GDDR5X.

GDDR5X

Стандарт GDDR5X обеспечит в перспективе двукратный подъём скорости обмена данными с графическим процессором. Сегодня по одному контакту GDDR5 обмен в среднем проходит со скоростью 7 Гбит/с. Скорость обмена по контакту памяти GDDR5X увеличена до 10–14 Гбит/с. Важно отметить, что сигнальный уровень GDDR5 и GDDR5X остался один и тот же — это так называемая схема с псевдо-открытым стоком (pseudo open drain, POD). Это облегчит разработку контроллеров памяти для поддержки GDDR5X. Менять придётся не так много. К тому же, стандарт GDDR5X будет продолжать использовать интерфейс и основные особенности протокола GDDR5, что означает совместимость с набором команд и прочее. Главным отличием между GDDR5 и GDDR5X станет внутренняя логика работы (и архитектура), отвечающая за выборку данных или prefetch. Память GDDR5X сможет выбирать до 64 байт за тактовый цикл против 32 байт у GDDR5. За счёт этого и растёт итоговая пропускная способность.

Коммерческая актуальность

25 июня 2008 года компания AMD выпустила свой первый графический ускоритель, использующий память GDDR5 — ATI Radeon HD 4870. На плате установлено 512 либо 1024 МБ памяти GDDR5.

В апреле 2010 года вышел первый продукт от корпорации Nvidia, обладающий памятью стандарта GDDR5 — NVIDIA Fermi. Продукты на этой архитектуре обладают от 1024 МБ до 6144 МБ памяти стандарта GDDR5 для профессиональных карт: Quadro 2000, Quadro 4000, Quadro 5000, Quadro 6000 и от 512 МБ до 4096 МБ для игровых решений: GT240, GT430, GTS 450, GTX 460, GTX 465, GTX 470, GTX 480, GTX 550 Ti, GTX 560, GTX 560 Ti, GTX 570, GTX 580, GTX 590, GTX 650,GTX 660, GTX 680, GTX 690 и др.

В игровой приставке восьмого поколения PlayStation 4 GDDR5 используется в качестве оперативной памяти.

На момент середины 2016 года модуль GDDR5 устанавливается в большинство видеокарт, деля рынок c GDDR3,GDDR5X, а в скором времени и с новым форматом HBM.

Ну для начала давайте прочтем термин и разберемся, что такое видеопамять и о ее некоторых отличиях от ОЗУ , а также её разновидностях.

Это внутренняя оперативная память, отведённая для хранения данных, которые используются для формирования изображения на экране монитора.

При этом в видеопамяти может содержаться как непосредственно растровый образ изображения (экранный кадр), так и отдельные фрагменты как в растровой (текстуры), так и в векторной (многоугольники, в частности треугольники) формах.

Как правило, чипы оперативной памяти современной видеокарты припаяны прямо к текстолиту печатной платы, в отличие от съёмных модулей системной памяти, которые вставляются в стандартизированные разъёмы ранних видеоадаптеров.

При изготовлении видеокарт уже достаточно давно используется память GDDR3 . На смену ей пришла GDDR4 , которая имеет более высокую пропускную способность, чем GDDR3 ; однако GDDR4 не получила широкого распространения вследствие плохого соотношения «Цена-производительность» и ограниченно использовалась лишь в некоторых видеокартах верхнего ценового сегмента (например Radeon X1950XTX, HD 2900 XT, HD3870 ). Далее появилась память GDDR5 , которая по состоянию на 2012 год является наиболее массовой, GDDR3 используется в бюджетном сегменте. В 2018 году в топовых видеокартах устанавливается память типа HBM и HBM2 , GDDR5X и GDDR6 .

Также видеопамять отличается от «обычной» системной ОЗУ более жёсткими требованиями к ширине шины.

Графическая шина данных — это магистраль, связывающая графический процессор и память видеокарт.

Имеет значение соотношение количества памяти, её типа и ширины шины данных: 512 МБ DDR2 , при ширине шины данных в 128 бит , будет работать медленнее и гораздо менее эффективно, чем 256 МБ GDDR3 при ширине шины в 128 бит и т. п. По понятным причинам, 256 МБ GDDR3 с шириной шины 256 бит лучше, чем 256 МБ GDDR3 с шириной шины в 128 бит и т. п.

Также стоит учитывать, что из-за относительно невысокой стоимости видеопамяти многие производители видеокарт устанавливают избыточное количество видеопамяти ( 4, 6 и 8 Гбайт ) на слабые видеокарты с целью повышения их маркетинговой привлекательности .

GDDR5 более подробно

GDDR5 — 5-е поколение памяти DDR SDRAM, спроектированной для приложений, требующих более высокой рабочей частоты. Как и её предшественник (GDDR4), GDDR5 основана на памяти DDR3, которая имеет удвоенные, по сравнению с DDR2, DQ (Digital Quest) каналы связи, но у GDDR5 также есть буферы предварительной выборки шириной 8 битов, как у GDDR4.

Кто принял участие в разработке и как долго она длилась?

В разработке стандарта, вместе со всеми основными производителями памяти ( Hynix , Qimonda и Samsung ) и JEDEC , активно участвовала и компания AMD . Разработка этого типа памяти заняла около трёх лет от начала разработок, до окончательной спецификации, а в AMD — ещё больше.

Производство

Первые чипы, поддерживающие напряжение 1,5 В (в отличие от 2,0 В для GDDR3 ) и имеющие плотность 0.5—2 Гбит , предлагали скорость передачи до 1000*4=4,0 ГГц . В дальнейшем этот параметр увеличился до 7 ГГц .

В ноябре 2009 г. компания Elpida Memory представила микросхему памяти GDDR5 плотностью 1 Гб , обеспечивающую передачу данных со скоростью 6 Гб/с ; в июне 2010 она представила микросхему памяти GDDR5 плотностью 2 Гб , изготовленной по нормам 50 нм с применением медных внутренних соединений.

В начале 2015 г . компания Samsung Electronics объявила о начале серийного выпуска первых в мире микросхем памяти GDDR5 плотностью 8 Гб ( предназначена для графических карт , используемых в ПК и суперкомпьютерах , для игровых консолей и ноутбуков ); память выпускается по 20-нм технологии. Компания Samsung Electronics , являющаяся крупнейшим поставщиком микросхем памяти, осенью 2010 объявила о расширении инициативы « Green Memory » («Зеленая память», с пониженным энергопотреблением) и на графическую память для ПК ; теперь инициативы, наряду с памятью DRAM и твердотельными накопителями ( SSD ), распространяется также и на память Samsung LPDDR2 и GDDR5.

Частота

Например, для GDDR5 со скоростью передачи данных 5 Гб/с ( Gbps ) на вывод CK подается тактовая частота 1,25 ГГц , а WCK c частотой 2,5 ГГц . Также часто употребляется эффективная частота ( QDR ), поскольку, как написано выше, данные передаются на частоте WCK в режиме DDR . В приведенном примере эта частота составляет 5 GHz .

В связи с наличием двух частот ( CK, WCK ) производители изделий использующих GDDR5 могут указывать разные частоты для памяти, хотя скорость передачи данных может не отличаться. Nvidia указывает частоту WCK , AMD — частоту CK .

Почему не GDDR3? Шина памяти

Память типа GDDR5 обеспечивает вдвое большую пропускную способность по сравнению с GDDR3 . Для повышения пропускной способности у памяти GDDR3 приходилось использовать 512 -битную шину, это приводило к тому, что увеличивается и чип , и его упаковка . Это увеличивало себестоимость , да и сами карты становились больше и сложнее, потребляя больше энергии. Переход на использование GDDR5 позволяет увеличить производительность (при 128/256 -битной шине) в 2—3 раза при даже меньших размерах чипов и меньшем потреблении энергии. Новый дизайн интерфейса памяти вызывает значительное увеличение эффективности использования полосы пропускания.

Несмотря на то, что чипы памяти GDDR5 стали дороже, чем GDDR3 , особенно в начале её широкого применения, узкая ширина шины памяти позволяет упростить дизайн ПП , что дает преимущество, так что это перспективное решение.

Перспективы, которые длятся более 10 лет для GDDR5

С момента выхода первого графического ускорителя, использующего память GDDR5 ( ATI Radeon HD 4870 , июнь 2008 ) прошло более десяти лет — больше, чем продержались другие типы графической памяти. Но расти далее уже особо и некуда — из возможностей GDDR «выжато» почти все. В стандарте GDDR5 нынешний тип памяти достиг своего предела, и хотя небольшие возможности для роста ПСП ещё есть, но они требуют слишком больших усилий и не изменят ситуацию кардинально. Но самое главное — вопрос высокого энергопотребления не решился до сих пор (при этом энергоэффективность — главный параметр для любого современного чипа) — даже текущие поколения GDDR5 -памяти уже потребляют слишком много энергии из-за сложных механизмов тактования и работы на очень высокой частоте, а любые улучшения её производительности связаны с дальнейшим повышением частоты и сложности чипов, а значит, и энергопотребления.

Также чипы GDDR5 занимают слишком много места на плате видеокарты и требуют применения нескольких каналов памяти, что усложняет сам графический процессор (особенно если говорить о топовых GPU с 384/512 -битной шиной памяти).

Для решения этих и других проблем был анонсирован (компаниями AMD и Hynix в 2011 г.) а впоследствии разработан и внедрен новый стандарт памяти — High Bandwidth Memory (HBM).

Что будет с этим типом памяти?

Вероятнее всего с конца 2020 - начала 2021 года, эта память будет использоваться только в бюджетных или возможно средних видеокартах до 4 гб, ради решений быстрого видеоадаптера, но бюджетного варианта.

Аналитики компании TrendForce объявили 2021-й годом официального начала эры DDR5. По итогам третьего квартала 2020 года память DDR4 захватила более 90 % на рынках ПК и серверов. Но пройдёт ещё несколько месяцев, и память DDR5 начнёт активно прокладывать себе дорогу на рынок, хотя в персональные компьютеры и серверы она массово попадёт только в 2022 году.

Ранее Intel планировала в 2021 году обеспечить поддержку памяти DDR5 процессорами Tiger Lake-H. Но позже эти планы были пересмотрены, поскольку производство DDR5 находится на ранних стадиях и обходится дороже. Тем самым выход ПК-платформы Intel с поддержкой DDR5 состоится только в 2022 году в лице процессоров поколения Alder Lake.

Доля памяти DDR4 на рынках ПК, серверном и в потребительском. Источник изображения: TrendForce

Конкурент Intel, компания AMD, чья доля на рынке процессоров для ПК достигает 20 %, поступит аналогичным образом. Первые 5-нм процессоры AMD с поддержкой DDR5 выйдут только в 2022 году. Тем самым в 2021 году память DDR5 для ПК будет расходоваться в основном для проектно-конструкторских работ и тестирования. В текущем году, кстати, ограниченные партии DDR5 также используются для подобных целей.

С серверными платформами похожая история, но динамика будет совсем другой. Производители серверов готовы покупать более дорогую память (DDR5), если она обещает снизить стоимость владения/расчётов. Поэтому, хотя в серверном сегменте память DDR5 массово начнёт распространяться тоже только в 2022 году, там она быстрее, чем в сегменте ПК наберёт поклонников и долю (прогнозируемую аналитиками TrendForce динамику см. в таблице ниже).

Ожидаемая динамика распространения «новых» типов памяти. Источник изображения: TrendForce

Говоря о серверных платформах Intel, аналитики делают ставку на то, что поддержка DDR5 появится в платформе Intel Eagle Stream, которая в мелкосерийных объёмах появится осенью следующего года. В серверных платформах AMD поддержка DDR5, вероятно, появится в процессорах поколения AMD Genoa, что также означает массовое появление серверных решений AMD с поддержкой нового стандарта памяти только в 2023 году. Но если вдруг AMD наделит поддержкой памяти DDR5 будущие модификации 7-нм процессоров поколения Milan, то она сможет выступить с новой памятью наравне или даже раньше Intel.

На рынке мобильных устройств у памяти нового поколения в лице LPDDR5 больше шансов и лучшие условия, чем у DDR5 на компьютерном рынке, за что надо благодарить массовые смартфонные платформы компаний Qualcomm и MediaTek. Вместе они удерживают до 70 % на мировом рынке смартфонов. Компания Qualcomm уже выпускает SoC с поддержкой LPDDR5 и будет расширять поддержку новой памяти. Однокристальные сборки MediaTek с поддержкой LPDDR5 ожидаются в первой половине следующего года.

Большему проникновению LPDDR5 на рынок будет способствовать сокращение разницы в стоимости с памятью LPDDR4X. Сейчас эта разница составляет менее 10 %. По мере сокращения разрыва скорость проникновения LPDDR5 по сравнению с DDR5 станет более высокой и заметной.

Память GD DR6 тоже относится к новому типу памяти, хотя это далеко не новинка. Чипами GDDR6 компания NVIDIA оснащает видеокарты уже второй год, начиная с адаптеров GTX и RTX на базе архитектуры Turing. На нынешнем этапе основной конфигурацией адаптеров NVIDIA на GPU Ampere выступает улучшенная память GDDR6X. Поскольку компании NVIDIA принадлежит 75 % рынка видеокарт, память GDDR6(X) в основном распространяется усилиями этого вендора.

Компания AMD наделяет памятью GDDR6 видеокарты на GPU Navi, что происходит с 2019 года. Новое семейство видеокарт AMD «Big Navi» стандартно опирается на GDDR6. Более того, в пересчёте на адаптер видеокарты семейства «Big Navi» предложат больше памяти GDDR6 и значительно ускорят её распространение. Высокая потребность и объёмы производства GDDR6 также снижают разницу в стоимости между ней и GDDR5, что только идёт на пользу первой. Сейчас эта разница на уровне 10 %, а в отдельных случаях её может даже не быть.

Чуть позже в текущем году на сцену выйдут новые игровые приставки Microsoft Xbox Series X и Sony PS5. Вместо памяти GDDR5 они будут опираться на GDDR6, но также вдвое увеличат объём бортовой памяти. Определённо, это добавит памяти GDDR6 популярности и увеличит долю этого продукта на рынке.

Читайте также: