那些年我們用過的顯存：DDR與GDDR的區(qū)別

NVIDIA新一代顯卡即將出爐，盡管對于個中細(xì)節(jié)并不了解細(xì)節(jié)，但業(yè)界普遍認(rèn)為無論是NVIDIA還是AMD，新一代顯卡搭載GDDR6顯存可能性極高。什么？我的電腦才用上DDR4，怎么顯卡就用GDDR6了？而且頻率還跑得那么高？是不是理不清它們之間的關(guān)系？下面就讓我們重新回顧一下顯存的發(fā)展歷史，展望下一代GDDR6顯存的一些新特性。

其實DDR內(nèi)存和GDDR顯存本來就是同宗同源，初期時DDR/GDDR、DDR2/GDDR2其實規(guī)范差異很小，頻率等參數(shù)基本上都是一致，兩者不分家，因此當(dāng)時顯卡即可以用DDR2顆粒，也可以用GDDR2顯存顆粒。

這個圖表是不是很熟悉？

▲DDR的帶寬發(fā)展遠遠跟不上GDDR

因此顯存與內(nèi)存分道揚鑣是基于技術(shù)需求上的考慮，畢竟術(shù)業(yè)有專攻，GDDR顯存的推出就是更好地滿足GPU胃口，達到更好的性能。

但是后期由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)飛速進步，加上人們對于顯卡性能日益增長的需求，普通的GDDR/GDDR2顯存已經(jīng)不能滿足顯卡GPU高速交互數(shù)據(jù)需求，畢竟GPU沒有像CPU那樣設(shè)計有大容量L1、L2、L3緩存，而且GPU與顯存之間的數(shù)據(jù)交換非常頻繁，還是那種大容量的紋理貼圖數(shù)據(jù)，需要更高的顯存帶寬；其二是顯存可以直接集成于顯卡PCB上，不必像內(nèi)存那樣做成獨立部件，又要考慮走線、信號傳輸延遲，可以專門做定向優(yōu)化，同時提高顯存位寬有利于減少顯存顆粒，在顯卡上實現(xiàn)更高容量的顯存集成。

▲DRAM針對不同用途的定向演化

GDDR（Graphics Double Date Rate SDRAM，雙倍速率同步動態(tài)隨機存儲器）

和DDR一樣都是采用2bit預(yù)取，同時可以在一個時鐘周期的上升沿和下降沿分別傳輸一次數(shù)據(jù)，這樣就實現(xiàn)單時間周期兩倍的傳輸速率。但此時GDDR頻率并不比DDR要高出多少，但是GDDR為了追求更高的頻率，在延遲要求上有所放寬。

GDDR顆粒為了追求大位寬，因此容量會特別小，那時候都是8×16Bit的規(guī)格，也就是一顆GDDR顯存才16MB大小，而同期的DDR內(nèi)存顆粒可以做到32甚至64MB大小。

如果你浸淫在PC DIY界多年，你可能會記得以前DDR、GDDR顯存顆粒都是這種多腳的TSOP封裝，而且GDDR顯存顆粒體積也很大。

▲DDR內(nèi)存

后期由于光刻工藝升級以及追求更加的封裝面積，存儲廠商在GDDR上實現(xiàn)了BGA封裝技術(shù)，也就是針腳不外露，全部藏在底部。同時實現(xiàn)了32bit的顯存位寬，并且一直延續(xù)至今。

GDDR2

技術(shù)細(xì)節(jié)同樣來自于DDR2，和DDR2一樣GDDR 2bit的預(yù)取升級到4bit，相比DDR1代可以將頻率翻倍。不過由于GDDR2跑得比DDR2還快，誕生時間早，工藝上可能稍微欠缺了一點，工作電壓高達2.5V，盡管等效工作頻率高達1GHz，但巨大的發(fā)熱量甚至媲美GPU核心，需要專門的散熱片輔助散熱。

▲DDR2內(nèi)存

因此采用GDDR2顯存的顯卡都是曇花一現(xiàn)，只有NVIDIA的FX5800 /5600 Ultra、ATI9800Pro用過，很快就消息了，可以說GDDR2是個失敗的產(chǎn)品。

▲ATI9800Pro

GDDR3

被GDDR2坑過后，大家都認(rèn)為存儲標(biāo)準(zhǔn)制定方JEDEC跑得實在是太慢了，GDDR、GDDR2標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重不符合顯卡GPU發(fā)展需求，NVIDIA、AMD開始聯(lián)手對GDDR3標(biāo)準(zhǔn)實施深入的指導(dǎo)，因此GDDR3可以說真正地與DDR3分道揚鑣，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)得到大幅度提升。

▲DDR3內(nèi)存

深刻地認(rèn)識到GDDR、DDR應(yīng)用場景完全不同，因此設(shè)計之初就應(yīng)該考慮到這個問題，考慮到高速讀寫需求，GDDR3設(shè)計有兩條獨立的數(shù)據(jù)選擇脈沖DQS，一條用于讀取，另一條用于寫入，這樣互不干擾，因此GDDR3讀寫數(shù)據(jù)速度要比GDDR2快多了，畢竟GPU存取數(shù)據(jù)頻繁程度高，GDDR3的新設(shè)計可以讓顯存效率大幅度提升。

盡管GDDR3保留GDDR2的4bit預(yù)取，但對GDDR3也修改I/O控制電路，新的電路設(shè)計可以最大程度降低電流，工作電壓也隨之下降到1.8V，間接地控制住功耗和發(fā)熱量，一舉解決GDDR2存在的弊端。

都說工藝是提升性能、頻率的良方，GDDR3憑借制程工藝紅利，從1GHz不斷攀升，一直走到了2.5GHz，因此其生命線長達五年才落幕。

▲奇夢達的GDDR3

▲三星的GDDR3

GDDR4

可能是GDDR3跑得太快，標(biāo)準(zhǔn)對于往后幾代GPU來說還算是夠用，加上NVIDIA與ATI之間競爭日益劇烈，就GDDR4標(biāo)準(zhǔn)制定分歧嚴(yán)重，最后NVIDIA明確表示不支持GDDR4，顯卡產(chǎn)品也并沒有采用，最終標(biāo)準(zhǔn)GDDR4由ATI一手操辦，但缺乏NVIDIA的支持，存儲廠商只有小規(guī)模試產(chǎn)，AMD也只有三款非主流產(chǎn)品采用了GDDR4顯存，因此GDDR4起不了什么浪花。

▲DDR4內(nèi)存，已經(jīng)和GDDR4顯存沒有瓜葛了

事實上，GDDR4技術(shù)是有巨大進步，使用DDR3的8bit預(yù)取技術(shù)，這個也是NVIDA與ATI矛盾發(fā)展的開端。然后采用了Data Bus Inversion技術(shù)，提高數(shù)據(jù)精度、降低工作電壓至1.5V，繼續(xù)降低功耗。

而GDDR4頻率起步就是2GHz水平，其后雖然有更高頻率顆粒出現(xiàn)，但是由于NVIDIA的不支持，市場太小導(dǎo)致生產(chǎn)成本高漲，加上AMD顯卡性能不如同期N卡，GDDR4很快就被歷史所遺忘。

▲AMD Radeon HD2600XT用的就是GDDR4

GDDR5

GDDR顯存的命運總是那么跌宕起伏，奇數(shù)代的顯存總是存活得更久，2012年GDDR5顯存終于登上舞臺，在繼承GDDR4的8bit預(yù)取，加上QDR雙數(shù)據(jù)總線、4路bank設(shè)計讓GDDR5顯存頻率突飛猛進，一路高歌，一并沖上8Gbps。

盡管GDDR5只有32bit的顆粒，但是它擁有兩條并行的數(shù)據(jù)總線，那么他的工作模式就相當(dāng)靈活，可以自由在32bit、16bit一下工作，同時一個32bit顯存控制器也能控制兩個GDDR5顯存，實現(xiàn)了顯存容量翻倍。

根據(jù)當(dāng)時NVIDIA 200系列顯卡上市情況來看，即便是采用相同GPU核心，使用GDDR5顯存會比GDDR3顯存，綜合性能提升20%以上，這個提升幅度相當(dāng)驚人。也因此GDDR5能夠經(jīng)久不衰，一直到1000系列還在用，而且頻率不斷在進步，達到8Gbps的巔峰。

▲三星GDDR5

GDDR5X

嗯？怎么突然冒出個GDDR5X，GDDR6哪里去了？這可不得怪JEDEC標(biāo)準(zhǔn)定制得太慢，NVIDIA已經(jīng)忍不住了，聯(lián)合美光推出了這樣一個半代產(chǎn)品GDDR5X，還是高端NVIDIA顯卡獨占。

GDDR5X可以視為GDDR6的先行版，它繼續(xù)將預(yù)取從8bit提升至16bit，使用了改進版的QDR 4倍數(shù)據(jù)倍率技術(shù)，也就是說每個時鐘可以傳輸4bit數(shù)據(jù)！GDDR5X的電壓下降到1.35V。最終我們見到首批使用GDDR5X顯存頻率可以高達10Gbps，據(jù)說后續(xù)還會有14Gbps的版本面世。

▲美光GDDR5X

GDDR6

GDDR6標(biāo)準(zhǔn)終于姍姍來遲，即將到來的NVIDIA 11系列顯卡肯定是要用上它的。和GDDR5X一樣采用了16bit預(yù)取，這已經(jīng)是被證實提高數(shù)據(jù)傳輸速度最為有效的方法。其次就是GDDR6終于一改以往GDDR1/2/3/4/5/5X只有一個讀寫通道問題，使用雙通道，雖然位寬變小了，但是實際上效率更高以后，會帶來明顯的性能提升。

其次就是顯存容量的進步，原本GDDR5最常見的都是8Gb單顆粒，而GDDR6標(biāo)準(zhǔn)下最高可以達到32Gb，換算過來單顆粒就是4GB，好處顯而易見，那就是低端顯卡單顆粒就搞定了，還要什么HBM2？高端3顆也就滿足12GB，推算頂級顯卡384bit顯存位寬計算，搭載12顆就能達到48GB，難怪NVIDIA絲毫沒有在消費級游戲卡上用HBM2顯存的意思。

▲GDDR6帶寬可以達到896GB/s，這是美光提供的數(shù)據(jù)

此外GDDR6修改了封裝方式，減少了底部接口數(shù)目，從190 ball減少至180ball，尺寸更小，這樣應(yīng)用場景更為寬闊。

▲GDDR6優(yōu)勢——針腳少、尺寸更小、效能更高

目前全球三大存儲芯片廠商三星、海力士和美光都推出了自己的GDDR6計劃，不過由于技術(shù)實力差異和產(chǎn)品研發(fā)路線不同等因素，這三家的產(chǎn)品還存在一定的區(qū)別。

三星

期初三星在GDDR6上也是雷聲大雨點小，推出GDDR6的時機也要晚于其余兩家，但三星厚積薄發(fā)，一推出的GDDR6顯存規(guī)格就是最高的，1Y nm工藝（10-16nm），單顆粒2GB，速度最高可達18Gbps，超過了JEDEC規(guī)范。

海力士

首批采用21nm工藝，單顆粒1GB容量，速度有10/12/14Gbps，也超過GDDR5X現(xiàn)時的極限，比較有趣的是，GDDR6電壓應(yīng)該是1.35V，海力士研發(fā)出1.25V低電壓版的GDDR6顯存，估計是為筆記本設(shè)備研發(fā)的。

美光

美光是最早、也是最積極推進GDDR6顯存的存儲廠商，將會采用16nm工藝制造，也是單顆粒8Gb，速度10-14Gbps不等，而且也有對應(yīng)多款1.25V低電壓版GDDR6顯存。

如今GDDR6顯存依靠高頻率、高容量和低功耗特性，將會在未來新一代游戲顯卡上大方異彩，為新架構(gòu)顯卡帶來更強大的綜合性能，而且對比成本居高不下、封裝難度高的HBM 2顯存來講，GDDR6顯然更加實惠，更易于往中低端顯卡推廣。