GDDR3顯卡值得買?顯存技術分析與測試

    泡泡網顯卡頻道7月9日 顯存對于一款專業游戲顯卡來說，重要性不言而喻，顯存顆粒體質的好壞同樣關乎玩家們超頻的樂趣，時代變遷技術發展，曾經的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到底強在哪里？兩者有何不同？我們帶著這些問題走進今天的技術探究。

● GDDR3：一代王者GDDR3源于DDR2技術

    無論GDDR還是GDDR2，由于在技術方面與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準制訂流程感到越來越失望，認為他們制定的顯存不能適應GPU快節奏的產品更新換代周期，于是NVIDIA和ATI的工作人員積極參與到了JEDEC組織當中，以加速顯存標準的起草及制定。

    雙方一致認為，顯存與內存在數據存儲的應用方面完全不同，在內存核心頻率(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實。因此，必須要有一種針對高速點對點環境而重新定義的I/O接口。于是GDDR3誕生了，這是第一款真正完全為GPU設計的存儲器。

    GDDR3和GDDR2/DDR2一樣，都是4Bit預取架構，GDDR3主要針對GDDR2高功耗高發熱的缺點進行改進，并提升傳輸效率來緩解高延遲的負面影響。

    GDDR2只有一條數據選擇脈沖（DQS），是單一雙向的，而GDDR3則擁有讀與寫兩條獨立的DQS，而且是點對點設計。這樣做的好處在于，在讀取之后如果馬上進行寫入時，不必再等DQS的方向轉變，由此實現讀寫操作的快速切換。

    相比GDDR2/DDR2，GDDR3的讀寫切換動作可以少一個時鐘周期，如果需要對某一個連續的區塊同時讀寫數據時，GDDR3的速度就要比GDDR2快一倍。

    由于存儲單元自身的特性，內存顆粒的邏輯Bank是無法同時讀寫數據的，并不存在“全雙工”一說，但GDDR3的這項改進讓順序讀寫成為可能。GPU本身緩存很小，與顯存之間的數據交換極其頻繁，讀寫操作穿插進行，因此GDDR3點對點設計的DQS可以讓顯存存儲效率大增。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緩存，所以GDDR3這種設計并不能極大的提升內存帶寬，也沒有引入到下一代DDR3當中。

    同時GDDR3也對I/O控制電路和終結電阻進行了修改，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據信號轉移到本位電路上，來簡化數據處理，將DC電流壓至最小，只有當邏輯LOW移至總線上時才會消費電力，從而很好的控制了功耗和發熱。

    即便使用了8bit預取技術，可GDDR4還是沒有與GDDR3拉開頻率差距，因為瓶頸在I/O控制器上面而不是內核，而GDDR5就是用來解決這一瓶頸的。

● GDDR5：恐怖的頻率是如何達成的

    和GDDR4一樣，GDDR5采用了DDR3的8bit預取技術，核心頻率顯然不是瓶頸，如何提升I/O頻率才是當務之急。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，從而實現雙倍的接口帶寬。

GDDR5各項總線工作頻率示意圖

    雙DQ總線的結果就是，GDDR5的針腳數從GDDR3/4的136Ball大幅增至170Ball，相應的GPU顯存控制器也需要重新設計。GDDR5顯存擁有多達16個物理Bank，這些Bank被分為四組，雙DQ總線交叉控制四組Bank，達到了實時讀寫操作，一舉將數據傳輸率提升至4GHz以上！

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

    NVIDIA對于GDDR5當然很感興趣，但卻一點都不著急，保守的NVIDIA決定堅守GDDR3，GTX200核心使用了512Bit顯存控制器來提升帶寬。比起R600的環形總線，NVIDIA從256Bit到384Bit再到512Bit一步一個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標準尚未完全確立之前，ATI已經在緊鑼密鼓的測試性能，并督促DRAM廠投產。可以說GDDR5和GDDR2/4一樣也是個早產兒，但失敗乃成功之母，有了完善的技術規格和制造工藝的支持，GDDR5一出世便令人刮目相看。