Помимо быстрого графического процессора для игр также важен объем видеопамяти и то, насколько быстрой она является. Гигантские текстуры и информация для расчетов должны быстро поступать в распоряжение вычислительных элементов, иначе дело дойдет до «пробок» и снижения скорости смены кадров на экране монитора. Особенно высокие разрешения (более 1080р) с требовательным к вычислительным ресурсам сглаживанием быстро выбирают ресурсы памяти видеокарт среднего класса. В актуальных графических ускорителях, как правило, используются микросхемы стандарта GDDR5, более дорогие модели NVIDIA задействуют более быструю память GDDR5X.
Между тем в готовящихся к выходу на рынок ускорителях Vega от компании AMD будет использоваться высокоскоростная память второго поколения High-Bandwidth Memory (HBM2). Так каковы же главные особенности данных типов памяти?
Актуальная графическая память в сравнении
| GDDR5 | GDDR5X | GDDR6 | HBM2 | |
|---|---|---|---|---|
|
Скорость передачи данных |
до 8 Гбит/с |
до 12 Гбит/с |
до 16 Гбит/с |
от 1,6 до 2 Гбит/с |
|
Интерфейс шины |
||||
|
Напряжение |
||||
|
Плотность чипа памяти |
До 16 Гбит |
До 16 Гбит |
||
|
Объем памяти |
||||
|
Общая скорость |
512 Гбит/с |
768 Гбит/с |
1024 Гбит/с |
1024 Гбит/с |
Вышеприведенная таблица показывает основные характеристики четырех рассматриваемых нами типов памяти. Согласно спецификации, GDDR5X поддерживает пропускную способность на уровне до 12 Гбит/с и 512-битную ширину шины. В конечном продукте это может означать скорость передачи данных в 768 Гбит/с. Однако в графических картах такие показатели, о которых можно только мечтать, не достигаются.
Наибольшая пропускная способность GDDR5X у представленных на рынке моделей достигает 11 Гбит/с. Titan XP от компании NVIDIA хотя и предлагает 12 Гбайт видеопамяти, но использует «всего лишь» 384-разрядную вместо 512-разрядной шину памяти.
SK Hynix показывает технические данные GDDR6 на GTC 2017. (Фото: Heise)
GDDR6 против HBM2
Данные о GDDR6, которые компания SK Hynix представила на GTC 2017, особенно интересно сравнить с информацией о другой новой графической памяти года - HBM2. В лучшем случае оба типа памяти обеспечивают примерно одинаковую пропускную способность. Различия заметны в объеме. AMD объявила о готовящейся к выходу на рынок в конце июня 2017 года карты «не для геймеров» с памятью объемом 16 Гбайт. Поскольку конфигурация микросхем GDDR6 должна остаться идентичной конфигурации GDDR5, преодолеть порог в 12 Гбайт на одной карте производители графических ускорителей, скорее всего, не смогут.
HBM2 некоторое время будет иметь ограничение на уровне 16 Гбайт, но у этого стандарта есть возможность поднять планку повыше - причем в прямом смысле этого слова, поскольку до сих пор 3D-память используется в версии только 4 Гбайт на стек («4-Hi Stack»), но располагает возможностью объема стека до 8 Гбайт. Таким образом, объем HBM2-видеопамяти на графических картах может достигать 32 Гбайт.
AMD представляет Radeon Vega Frontier Edition на AMD Financial Analyst Day 2017
Когда GDDR6 дойдет до геймеров?
SK Hynix обещает завершить разработку нового типа видеопамяти в четвертом квартале 2017 года. Кроме того, на GTC вовсю циркулировала информация о том, что массовое производство может быть запущено в 2018 году. Официальных партнеров на данный момент пока еще нет. Однако именно компания NVIDIA является наиболее вероятным кандидатом на эту роль.
Появление графических карт с видеопамятью GDDR6 до 2019 года маловероятно. Напомним, что члены ассоциации JEDEC, к числу которых относятся такие производители памяти, как SK Hynix, Micron и Samsung, договорились о спецификациях GDDR5X в 2015 году. Первые графические карты с данным типом памяти вышли на рынок только в 2016-м.
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).
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.
На сайте магазина «Электронный мир» по адресу http://elmir.ua/ имеется большой выбор игровых видеокарт, использующих стандарт GDDR5.
Однако они порой существенно дороже, казалось бы, аналогичных GDDR3. Как правило, это hi-end устройства и видеокарты среднего класса.
В чем же дело, и действительно ли дискретная видеокарта с памятью GDDR5 так хороша, чтобы за нее стоило платить?
GDDR5 – чистый маркетинг?
Когда-то, на заре компьютерной индустрии, все видеокарты имели единый стандарт памяти – SDR. В этом плане они ничем не отличались друг от друга в плане быстродействия, а это существенно облегчало задачу покупателю.
Ведь ему оставалось ориентироваться на объем памяти и мощность графического процессора. Однако времена безвозвратно изменились.
Теперь пользователю приходится делать куда более трудный выбор. Порой можно встретить мнение, будто видеокарта GDDR5 – чистая маркетинговая уловка, на практике не влияющая на увеличение производительности. Так ли это?
Про GDDR5
Конечно же, это не так. В современных видеокартах используются память типа DDR или GDDR, которая базируется на расширенных стандартах оперативной памяти.
В частности, карты GDDR5 построены на базе DDR3 SDRAM – это подразумевает повышенную пропускную способность. Ведь GDDR5 относится к пятому поколению устройств, созданных специально для приложений, которым жизненно требуется широкая полоса пропускания.
Можно, конечно, попытаться запустить современную игру и на устаревшей GDDR2, однако ничего хорошего из этого не выйдет.
При использовании GDDR5 производительность увеличивается вдвое. И это подтверждается как синтетическими тестами, так и отзывами самих пользователей. Так что GDDR5 действительно предпочтительнее, и это не маркетинговые уловки.
Некоторые факты о GDDR5
- впервые стандарт GDDR5 появился в 2008 году. А это по меркам компьютерной индустрии довольно давно. Так что «со дня на день» можно ожидать следующего стандарта, например, GDDR6;
- GDDR5 расшифровывается как Graphics Double Data Rate 5, под цифрой 5 подразумевается пятое поколение;
- часто GDDR и DDR путают. На самом деле, это не одно и то же: GDDR5 – стандарт видеопамяти, а DDR – оперативной;
- GDDR5 работает на частоте 5 ГГц, хотя теоретический предел 7 ГГц;
- GDDR5 затрачивает меньше энергии при удвоенном быстродействии;
- пропускная способность GDDR5 при 256-битной разрядности шины 120 Гб/с. Чтобы достичь того же результата, в GDDR3 пришлось бы использовать шину в 512 бит.
Как и какую видеокарту выбрать
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 , 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.
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.
- GDDR2(DDR2) – представляет собой самую обычную DDR2, выполненную в другом корпусе для достижения более высоких тактовых частот при работе в составе видеокарты. Впервые был использован в видеокарте GeForce FX5800Ultra, в настоящее время применяется только в видеокартах начального уровня
- GDDR3 – электрические отличия от GDDR2 носят принципиальный характер и заключаются в наличии внутренней терминации и других усовершенствований, но к DDR3 эта память никакого отношения не имеет, поскольку по прежнему осуществляется четырёхкратная внутренняя предвыборка подобно DDR2 (т.е. сами ячейки памяти работают на вчетверо меньшей частоте, чем эффективная частота передачи данных, а тактовая частота интерфейса (которую обычно и считают тактовой частотой памяти) соответственно вдвое меньше этой частоты (также аналогично "обычной" DDR2).
Несмотря на относительную "древность"(Впервые был использован в GeForce 6800Ultra), данный тип памяти до сих пор является основным для видеокарт nVidia (Включая новейшую GeForce GTX 285), а также применяется в качестве унифицированной оперативной памяти в игровой консоли Xbox360. - GDDR4 - отличается от GDDR3 в первую очередь наличием восьмикратной предвыборки, подобно «обычной» DDR3, и, следовательно, способностью работать на ещё больших тактовых частотах при одинаковой технологии изготовления. В настоящее время данный тип памяти практически снят с производства и заменён GDDR5. Применялся ограниченно и только в видеокартах ATI, в первую очередь - в Radeon HD3870.
- GDDR5 - cамый современный и самый быстрый тип видеопамяти, радикальное отличие от GDDR4 заключается в раздельном тактировании линий передачи данных и адресов - адреса передаются в режиме DDR (Double Data Rate) на частоте CK, а данные передаются в режиме DDR на частоте WCK, которая в два раза выше первой, т.е. за один такт такая память передает 2 бита адресов и 4 бита данных. Также GDDR5 память отличается наличием эффективных средств снижения энергопотребления, и сейчас используется во всех производительных видеокартах AMD и nVidia. Кстати, эти производители указывают разные частоты для памяти - Nvidia указывает частоту WCK, а AMD - частоту CK.
TheDifference.ru определил, что отличие GDDR3 от GDDR5 заключается в следующем:
- GDDR5 - последнее поколение графической памяти стандарта DDR SDRAM.
- GDDR5 быстрее, чем GDDR3.
- GDDR3 соответствует типу памяти DDR2, GDDR5 соответствует DDR3.
- Максимальная эффективная частота GDDR5 выше.
- GDDR5 энергоэкономичнее, чем GDDR3.
- Видеокарты с GDDR5 дороже и принадлежат к среднему и высшему сегментам.
