Типы памяти видеокарты или «видеопамять GDDR. GDDR6, GDDR5X и HBM2: сравниваем актуальную видеопамять

В старых видеокартах использовался тип памяти SDR , который имел одинарную скоростью передачи данных. В современных видеокартах используются память типа DDR или GDDR данные передаются в 2 или в 4 раза больше объемов данных при той же частоте, поэтому рабочую частоту умножают на 2 или на 4.

В продаже можно встретить видеокарты с различными типами видеопамяти.

Для дешевых видеокарт, класса low-end, используется тип GDDR2. Такие видеокарты маломощные и для современных игр подходят с трудом.

Для игрового компьютера нужно выбирать видеокарту с типом GDDR3 (если ), а лучше всего конечно с GDDR4/5 .

Впервые память DDR2 использовалась в видеокарте NVIDIA GeForce FX 5800 Ultra. Хотя память была чем-то средним между DDR и DDR2.

GDDR3 память была разработана специально для видеокарт, она имела те же характеристики, что и DDR2, однако с уменьшенным потреблением и тепловыделением, это позволило проектировать платы, с более высокими рабочими частотами. А значит, повышалась производительность и упрощалась система охлаждения.

Впервые DDR3 была установлена на модифицированную NVIDIA GeForce FX 5700 Ultra, а после в GeForce 6800 Ultra. Хотя стандарт был разработан инженерами ATI совместно с JEDEC, впервые его использовала компания nVidia. Сама ATI начала использовать этот тип памяти в серии Radeon X800. Также GDDR3 использовался в игровых приставках PlayStation 3 и Xbox 360

GDDR4 работала почти в 2 раза быстрее, чем предыдущая GDDR3. Технически она не сильно отличалась от GDDR3. Главными особенностями стало то, что GDDR4 имела повышенные рабочие частоты и уменьшенное энергопотребление – примерно в три раза меньше, чем у GDDR3.

X1950 XTX стала первой видеокартой, на которую были установлены чипы GDDR4. nVidia не использовала этот тип памяти вообще. Да и у ATI этот тип памяти не пользовался особой популярностью, снят с производства и заменен GDDR5.

GDDR5 — самый быстрый тип видеопамяти, который применяется в видеокартах hi-end класса, работающий на учетверённой частоте до 5 ГГц (хотя теоретически до 7 ГГц). Это дало возможность повысить пропускную способность до 120 ГБ/с при использовании 256-битного интерфейса. Для примера: чтобы повысить пропускную способность у памяти типа GDDR3 или GDDR4, нужно было использовать шину шириной 512 бит. При использывании GDDR5 производительность увеличивается вдвое, при меньших размерах самого чипа и с меньшими затратами энергии.

Развитие памяти видеокарты

Лет десять назад среди специалистов начал циркулировать термин «стена памяти». Развитие вычислительных архитектур упёрлось в ограниченную пропускную способность подсистем памяти. Процессоры совершенствовались значительно быстрее, чем память. Необходимо было придумать что-то новое. Однако радикальная смена интерфейса подсистемы памяти грозила другими проблемами: отсутствием обратной совместимости и необходимостью многое менять в разработке и производстве. Так и шло. Раз за разом индустрия брала в руки чуть более тяжёлый отбойник в виде стандартов DDR, DDR2, DDR3, DDR4 и методично углублялась в пресловутую «стену памяти». Медленно, но все при деле. Надежды на прорыв с помощью памяти HMC (Hybrid Memory Cube) себя пока не оправдали. Память HMC еле-еле вползает в серверный сегмент. Будет большим успехом, если компания Intel в текущем квартале всё-таки начнёт массовые поставки 14-нм ускорителей Xeon Phi с памятью HMC на одной подложке с процессором.

Пробить «стену памяти» удалось в случае графической подсистемы. Официально комитетом JEDEC принят стандарт HBM (High Bandwidth Memory) в начальной и в улучшенной версиях. Обновлённый стандарт позволяет выпускать микросхемы HBM, скорость обмена с которыми в семь раз выше, чем в случае микросхем памяти GDDR5. Это задел на годы вперёд. Одна беда: память HBM дорого обходится в производстве, поскольку представляет собой модуль памяти, а не обычный залитый компаундом кристалл. Использование HBM оправдано в случае флагманских видеокарт. Возможно, новые микросхемы HBM компании Samsung повышенной ёмкости смогут даже попасть в средний сегмент (там будет достаточно одной-двух микросхем на подложку с GPU). И всё же, память HBM в ближайшие год-два останется старшим решением. Гарантированно средний сегмент сможет закрыть другой новый тип графической памяти — это память GDDR5X, о которой стало известно буквально несколько месяцев назад .

Сообщаем, память GDDR5X официально утверждена комитетом JEDEC в качестве индустриального стандарта. Почти эксклюзивно GDDR5X разрабатывала компания Micron. По неофициальным данным, стандарт GDDR5X могла начать разрабатывать компания Qimonda, а после неё — Elpida Memory. Обе обанкротились, а центр по разработке в Мюнхене в результате пертурбаций достался компании Micron. Ранее поступала информация, что массовый выпуск памяти GDDR5X компания Micron начнёт во второй половине 2016 года. Если сроки не изменились, видеокарты с памятью GDDR5X появятся в продаже ближе к концу года или стартуют в ходе CES 2017.

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.

Помимо видеокарт память GDDR5X будет задействована в игровых консолях, в ускорителях вычислений для суперсерверов и в активном сетевом оборудовании. Также надеемся, что компании Samsung и SK Hynix не обойдут вниманием новый тип памяти. Один производитель — это грустно. Как бы компаниям AMD и NVIDIA снова не пришлось стоять в очереди за новинкой.

Ни для кого не секрет, что современным видеокартам для работы нужна собственная память, причем чем ее больше и чем она быстрее - тем лучше. И на сегодняшний день идет соревнование двух разных типов памяти - «традиционной» GDDR5 и новой HBM. Каждая из них имеет свои плюсы и минусы, и в этой статье рассмотрим, что лучше для игровой видеокарты.

История GDDR - как DDR, только быстрее

Когда видеокарты стали активно развиваться, создатели видеокарт особо не задумывались, какую память использовать - скоростей обычной ОЗУ вполне хватало для работы, поэтому ее они и использовали. Однако время шло, производительность видеокарт росла очень быстро, а вот скорость ОЗУ наращивалась медленно: к примеру, пропускная способность FPM RAM в 1990 году была порядка 200 МБит/с, а у DDR2 к 2005 году она была всего 3200 МБит/с, то есть за 15 лет рост был в 16 раз. Видеокарты же за то время прошли путь от простейшего ускорения 2D графики на разрешениях порядка 400х200 пикселей до полноценного вывода 3D на разрешениях около FHD, то есть рост производительности был на 2 порядка минимум. Поэтому скоростей обычной ОЗУ в видеокартах уже стало не хватать, и в 2006 году появились первые решения на GDDR2 памяти: по сути это была та же DDR2, но работающая на существенно более высоких частотах и использующая более короткую шину. В дальнейшем вышло улучшение в виде GDDR3, которая имела еще большие частоты. GDDR4 из-за небольшого прироста производительности в сравнении с GDDR3 широкого распространения не получила, и вот, в 2008 году, вышел первый видеоускоритель на GDDR5 памяти, которая уже была основана на DDR3 (она в среднем вдвое быстрее DDR2). И с тех пор прогресс ощутимо замедлился - лишь в 2016 году стали выходить решения на GDDR5X: да, этот тип памяти в теории может быть вдвое быстрее GDDR5, но вот ничего качественно нового он не привнес (по сути контроллер GDDR5X просто может выбирать за цикл 64 байта памяти против 32 у GDDR5, отсюда и идет рост в 2 раза):


В итоге, грубо говоря, за почти 30 лет существований видеоускорителей их память качественно не менялась - это все та же ОЗУ, просто очень быстрая.

HBM - как SSD в мире HDD

Итак, как мы выяснили, GDDR5 является по сути обычной оперативной памятью: быстрые чипы памяти, с эффективной частотой порядка 6-9 ГГц, соединяются с GPU по узкой шине, всего 128-512 бит. В случае с HBM AMD поступили по-другому: эффективные частоты памяти низкие, порядка 1 ГГц (сравнимо с GDDR2), но используется четыре стэка (stack - пачка, стопка) чипов памяти, каждый из которых имеет шину в 1024 бита - в итоге для связи с GPU получается шина в 4096 бит - до 8 раз шире, чем в случае с GDDR5. Однако это накладывает свои ограничения: даже шину в 512 бит подвести к GPU бывает достаточно трудно, а с шиной в 4096 бит это вообще было нереально, поэтому AMD пришлось пойти другим путем: разместить чипы памяти на одной подложке с GPU. Увы - это принесло как и плюсы, так и минусы: с одной стороны, такое близкое размещение чипов памяти к GPU позволяет существенно упростить конструкцию и ускорить взаимодействие памяти с видеочипом, с другой стороны - из-за технических проблем с реализацией больших чипов (и большого числа чипов) на одной подложке, пришлось ограничить размер памяти одного стэка одним гигабайтом, а так как стэка четыре - максимальный объем HBM памяти для одного видеочипа может быть 4 ГБ:

С учетом того, что эта память была очень дорогой, а производство трудным - AMD стали ставить ее только во флагманы (Fury X, Fury Nano), и тут объем в 4 ГБ сыграл над AMD злую шутку: производительность GPU у Fury была хорошая, местами сравнимая с референсной GTX 980 Ti, но вот у последней 6 ГБ памяти, и в играх, где нужно больше 4 ГБ памяти (Rise of Tomb Rider, Deus Ex: Mankind Divided), видеокарта от AMD вынуждена была использовать ОЗУ как часть видеопамяти, и поэтому итоговый fps был ощутимо ниже, чем у 980 Ti.

В 2016 году AMD представляет новую версию своей памяти, HBM2. Исправлений было много: во-первых, частота памяти возросла с 500 МГц (эффективные 1 ГГц для DDR) до 2 ГГц (соответственно 4 ГГц для DDR), во-вторых - стали использоваться так называемые псевдоканалы: один аппаратный канал памяти разбивается на два виртуальных, то есть один стек теперь может обслуживать вдвое больше памяти. Так же выросло само возможное число стеков - теперь их может быть не 4, а 8. В итоге, к одному GPU теперь можно «подключить» 1 ГБ х 2 х 8 = 16 ГБ памяти, что очень солидно (напомню - топовое пользовательское решение, Titan Xp, имеет 12 ГБ GDDR5X памяти).

Сравнение производительности - HBM2 vs GDDR5X

В итоге, на данный момент, HBM2 избавилась от, пожалуй, единственной «детской болезни» - объема памяти теперь с избытком хватает для современных игровых видеокарт. Остается один вопрос - и кто же все-таки быстрее? Для этого возьмем два топовых решения от компании PNY (которая известна своими профессиональными видеокартами).

Nvidia Quadro GP100 имеет 16 ГБ HBM2 (то есть теоретический максимум), и ее пропускная способность - 717 Гб/с:

Nvidia Quadro P6000 является топовым решением с GDDR5X, ее тут 24 ГБ, с пропускной способностью в 432 Гб/с:

Цифры говорят сами за себя. Даже с учетом того, что GDDR5X можно разогнать, самый потолок, который удастся получить - это 500 Гб/с, что все еще на 30% медленнее скорости HBM2. Что это означает для пользователей? Наконец-то, спустя несколько десятков лет, мы получаем действительно новую память, которая не будет сдерживать рост производительности GPU. А с учетом того, что в профессиональных решениях HBM2 уже используется, ее можно ожидать уже в следующем поколении пользовательских видеокарт от Nvidia (Volta) и в текущем от AMD (Vega).

Можно всегда увидеть большой выбор дискретных видеокарт как на основе GDDR3, так и на основе GDDR5. А вот «чистых» DDR3 или DDR5 – как ни ищи – не найти. На самом деле, все очень просто: DDR3 и DDR5 – это стандарты оперативной памяти. Соответственно, на их базе построены и видеокарты, использующие память GDDR3 и GDDR5.

Видеопамять и ОЗУ

Хотя эти две памяти схожи по своему функционалу и даже, как видно теперь, используют схожий стандарт, занимаются они разными вещами:

• оперативная память сохраняет набор часто повторяющихся инструкций и процессорных команд для быстрого обращения к ним ЦП. Ведь оперативная память очень быстрая. Извлекать данные оттуда гораздо эффективнее, чем из внешнего хранилища или жесткого диска. Хотя увеличить объем памяти видеокарты DDR3 , например, можно и за счет планок ОЗУ;
• в видеопамяти также хранятся данные для быстрого обращения к ним со стороны графического процессора. Только данные эти касаются исключительно видео – текстуры, результаты шейдерных и полигональных вычислений и т.д.

Как «оперативка» использует различные интерфейсы для подключения к материнской плате – DDR, DDR3, DDR5 и т.д., так и видеопамять – GDDR3, GDDR5. Разница между ними заключается в технических особенностях каждого типа видеопамяти, но, если объяснять совсем просто, то GDDR5 почти в два раза лучше по скорости работы, чем GDDR3. Ведь GDDR3 строится на базе DDR2 SDRAM, то есть, памяти DDR2 с увеличенной эффективной частотой, а GDDR5 – на базе «оперативки» DDR3 SDRAM.

Немаловажное отличие ОЗУ от видеопамяти заключается и в том, что для расширения видеопамяти она физически распаивается на плате, а не расширяется дискретными планкам, как это происходит с «оперативкой».

Основные отличия между GDDR3 и GDDR5

Конечно, рядовому пользователю может показаться излишним путаница в маркировках. Можно привести лишь некоторые основные отличия между этими типами видеопамяти:

• видеокарты с памятью типа GDDR3 практически вдвое медленнее, чем видеокарты GDDR5;
• эффективная частота GDDR5 выше, чем у GDDR3, отсюда и ее высокое быстродействие;
• GDDR5 относится к более современным стандартам. Все топовые продукты в обязательном порядке имеют интерфейс GDDR5. А вот устройства среднего и бюджетного класса — GDDR3;
• видеокарты с памятью типа GDDR3 дешевле;
• зато видеокарты с памятью типа GDDR5 менее энергозатратны.

Конечно, опираясь на вышеприведенные данные, каждый пользователь может выбрать себе игровую видеокарту по вкусу. Окончательный выбор всегда остается за ним.

Сразу заметим, что искать отличия между DDR3 и DDR5 — дело бестолковое, потому как стандарта DDR5 в природе и планах не существует. Более того, в отношениях этих аббревиатур, обозначающих стандарты оперативной памяти, клубок путаницы только растет, потому как несуществующий физически DDR5 прекрасно существует на страницах каталогов комплектующих, в интернет-обсуждениях или ревью к играм. В действительности же сравнивать между собой имеет смысл стандарты GDDR3 и GDDR5 — два поколения оперативной видеопамяти. DDR3 же — тип ОЗУ, на котором основан DDR5, то есть как бы родоначальник. Итак, GDDR3 и GDDR5 — есть ли разница?

Определение

GDDR3 — тип видеопамяти, технологически соответствующий типу оперативной памяти DDR2 SDRAM, но с более высокой эффективной частотой.

GDDR5 — тип видеопамяти, технологически соответствующий типу оперативной памяти DDR3 SDRAM.

Сравнение

Как видим из определений, разница между GDDR3 и GDDR5 заключается в технических особенностях каждого типа видеопамяти. Соответствие разным поколениям ОЗУ SDRAM создает основной набор отличий. GDDR — память графических систем, у которых имеется графический процессор, и она физически распаивается на плате, а не расширяется дискретными планками. В остальном GDDR и DDR схожи, только с поправкой на поколения. Так, GDDR3 в работе идентична DDR2, а GDDR5 — DDR3.

Максимальная эффективная частота передачи данных у памяти GDDR3 составляет 2,5 ГГц, у GDDR5 — 3,6 ГГц, так что в ресурсоемких приложениях пятое поколение видеопамяти показывает заведомо лучшие результаты, естественно, при равенстве условий. За один такт GDDR5 передает вдвое больше бит данных, чем GDDR3: 4 против 2. Особенностью этого типа памяти можно считать и разделение частот передачи данных: за один такт передаются 2 бита адресов и команд на частоте CK и 4 бита данных на частоте WCK. Еще одно важное техническое отличие — напряжение питания: третье поколение требует 2 В, тогда как пятому достаточно 1,5 В. Так что GDDR5 представляется более энергоэкономичной и быстрой.

Видеокарты с GDDR3 поступили в продажу в 2004 году и до сих пор остаются ходовым товаром с поправкой на обновления линеек. Видеокарты с GDDR5 появились на прилавках магазинов в 2008 году, и на сегодняшний день практически весь сегмент hi-end снабжен этим типом памяти. При равенстве объема памяти и функциональных возможностей видеокарты GDDR5 несколько дороже GDDR3.

Выводы сайт

1. GDDR5 — последнее поколение графической памяти стандарта DDR SDRAM.
2. GDDR5 быстрее, чем GDDR3.
3. GDDR3 соответствует типу памяти DDR2, GDDR5 соответствует DDR3.
4. Максимальная эффективная частота GDDR5 выше.
5. GDDR5 энергоэкономичнее, чем GDDR3.
6. Видеокарты с GDDR5 дороже и принадлежат к среднему и высшему сегментам.