HTPC組裝必讀：DDR1-3和GDDR1-5全解析

    編者按：目前CPU用的內(nèi)存正在從DDR2向DDR3過渡，而GPU用的顯存則是以GDDR2/3為主、跳過GDDR4、直奔GDDR5而去�；蛟S很多朋友一時(shí)還難以接受GDDR5那夸張的頻率、不明白GDDR相比DDR發(fā)展速度為何如此“超前”、甚至搞不清楚GDDR1/2/3/4/5和DDR1/2/3之間“說不清道不明”的關(guān)系。

    如果您是一位求知欲很強(qiáng)的電腦愛好者，那么本文非常適合您，筆者特意搜集了大量官方技術(shù)文檔，為大家獻(xiàn)上內(nèi)存和顯存鮮為人知的奧秘……

    近年來CPU（中央處理器）和GPU（圖形處理器）的發(fā)展速度之快讓人目不暇接，新產(chǎn)品的運(yùn)算能力成倍提升，此時(shí)就對(duì)內(nèi)存子系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的需求，因?yàn)镃PU/GPU運(yùn)算所需的數(shù)據(jù)和生成的數(shù)據(jù)都是來自于內(nèi)存/顯存，如果存儲(chǔ)速度跟不上，那么就會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間在數(shù)據(jù)等待上面，從而影響CPU/GPU的性能發(fā)揮。

    為了讓內(nèi)存/顯存不至于造成瓶頸，芯片廠商都在想方設(shè)法的提高帶寬：AMD和Intel相繼將內(nèi)存控制器整合在了CPU內(nèi)部，大大降低了延遲并提高存儲(chǔ)效率，Intel旗艦級(jí)CPU能夠支持三通道內(nèi)存，帶寬提升50%；ATI和NVIDIA也先后使用了512Bit的顯存控制器，總帶寬倍增。

    是何原因?qū)е聵I(yè)界三大巨頭如此大費(fèi)周折呢？這是因?yàn)閮?nèi)存技術(shù)的發(fā)展速度，其實(shí)并不如大家想象中的那么快，受到很多技術(shù)難題和傳統(tǒng)因素的制約，本文就對(duì)內(nèi)存和顯存的發(fā)展歷程及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析。

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    往日經(jīng)典文章回顧：

  

● 內(nèi)存的存取原理及難以逾越的頻障：

    在半導(dǎo)體科技極為發(fā)達(dá)的臺(tái)灣省，內(nèi)存和顯存被統(tǒng)稱為記憶體（Memory），全名是動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體（Dynamic Random Access Memory，DRAM）�；�本原理就是利用電容內(nèi)存儲(chǔ)電荷的多寡來代表0和1，這就是一個(gè)二進(jìn)制位元（bit），內(nèi)存的最小單位。

DRAM的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)圖

    DRAM的結(jié)構(gòu)可謂是簡(jiǎn)單高效，每一個(gè)bit只需要一個(gè)晶體管加一個(gè)電容。但是電容不可避免的存在漏電現(xiàn)象，如果電荷不足會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯(cuò)，因此電容必須被周期性的刷新（預(yù)充電），這也是DRAM的一大特點(diǎn)。而且電容的充放電需要一個(gè)過程，刷新頻率不可能無限提升（頻障），這就導(dǎo)致DRAM的頻率很容易達(dá)到上限，即便有先進(jìn)工藝的支持也收效甚微。

    “上古”時(shí)代的FP/EDO內(nèi)存，由于半導(dǎo)體工藝的限制，頻率只有25MHz/50MHz，自SDR以后頻率從66MHz一路飆升至133MHz，終于遇到了難以逾越的障礙。此后所誕生的DDR1/2/3系列，它們存儲(chǔ)單元官方頻率（JEDEC制定）始終在100MHz-200MHz之間徘徊，非官方（超頻）頻率也頂多在250MHz左右，很難突破300MHz。事實(shí)上高頻內(nèi)存的出錯(cuò)率很高、穩(wěn)定性也得不到保證，除了超頻跑簡(jiǎn)單測(cè)試外并無實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

    既然存儲(chǔ)單元的頻率（簡(jiǎn)稱內(nèi)核頻率，也就是電容的刷新頻率）不能無限提升，那么就只有在I/O（輸入輸出）方面做文章，通過改進(jìn)I/O單元，這就誕生了DDR1/2/3、GDDR1/2/3/4/5等形形色色的內(nèi)存種類，首先來詳細(xì)介紹下DDR1/2/3之間的關(guān)系及特色。

    通常大家所說的DDR-400、DDR2-800、DDR3-1600等，其實(shí)并非是內(nèi)存的真正頻率，而是業(yè)界約定俗成的等效頻率，這些DDR1/2/3內(nèi)存相當(dāng)于老牌SDR內(nèi)存運(yùn)行在400MHz、800MHz、1600MHz時(shí)的帶寬，因此頻率看上去很夸張，其實(shí)真正的內(nèi)核頻率都只有200MHz而已！

    內(nèi)存有三種不同的頻率指標(biāo)，它們分別是核心頻率、時(shí)鐘頻率和有效數(shù)據(jù)傳輸頻率。核心頻率即為內(nèi)存Cell陣列(Memory Cell Array，即內(nèi)部電容)的刷新頻率，它是內(nèi)存的真實(shí)運(yùn)行頻率；時(shí)鐘頻率即I/O Buffer（輸入/輸出緩沖）的傳輸頻率；而有效數(shù)據(jù)傳輸頻率就是指數(shù)據(jù)傳送的頻率（即等效頻率）。

● SDR和DDR1/2/3全系列頻率對(duì)照表：

常見DDR內(nèi)存頻率對(duì)照表

    通過上表就能非常直觀的看出，近年來內(nèi)存的頻率雖然在成倍增長(zhǎng)，可實(shí)際上真正存儲(chǔ)單元的頻率一直在133MHz-200MHz之間徘徊，這是因?yàn)殡娙莸乃⑿骂l率受制于制造工藝而很難取得突破。而每一代DDR的推出，都能夠以較低的存儲(chǔ)單元頻率，實(shí)現(xiàn)更大的帶寬，并且為將來頻率和帶寬的提升留下了一定的空間。

● SDR和DDR1/2/3存儲(chǔ)原理示意圖：

    雖然存儲(chǔ)單元的頻率一直都沒變，但內(nèi)存顆粒的I/O頻率卻一直在增長(zhǎng)，再加上DDR是雙倍數(shù)據(jù)傳輸，因此內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸率可以達(dá)到核心頻率的8倍之多！通過下面的示意圖就能略知一二：

    那么，內(nèi)存IO頻率為什么能達(dá)到數(shù)倍于核心頻率呢？

    相信很多人都知道，DDR1/2/3內(nèi)存最關(guān)鍵的技術(shù)就是分別采用了2/4/8bit數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)（Prefetch），由此得以將帶寬翻倍，與此同時(shí)I/O控制器也必須做相應(yīng)的改進(jìn)。

● DDR1/2/3數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)原理：

    預(yù)取，顧名思義就是預(yù)先/提前存取數(shù)據(jù)，也就是說在I/O控制器發(fā)出請(qǐng)求之前，存儲(chǔ)單元已經(jīng)事先準(zhǔn)備好了2/4/8bit數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)單來說這就是把并行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)流，我們可以把它認(rèn)為是存儲(chǔ)單元內(nèi)部的Raid/多通道技術(shù)，可以說是以電容矩陣為單位的。

內(nèi)存數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)示意圖：并行轉(zhuǎn)串行

    這種存儲(chǔ)陣列內(nèi)部的實(shí)際位寬較大，但是數(shù)據(jù)輸出位寬卻比較小的設(shè)計(jì)，就是所謂的數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)，它可以讓內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸頻率倍增。試想如果我們把一條細(xì)水管安裝在粗水管之上，那么水流的噴射速度就會(huì)翻幾倍。

    明白了數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)的原理之后，再來看看DDR1/2/3內(nèi)存的定義，以及三種頻率之間的關(guān)系，就豁然開朗了：

● SDRAM（Synchronous DRAM）：同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器

    之所以被稱為“同步”，因?yàn)镾DR內(nèi)存的存儲(chǔ)單元頻率、I/O頻率及數(shù)據(jù)傳輸率都是相同的，比如經(jīng)典的PC133，三種頻率都是133MHz。

    SDR在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)只能讀/寫一次，只在時(shí)鐘上升期讀/寫數(shù)據(jù)，當(dāng)同時(shí)需要讀取和寫入時(shí)，就得等待其中一個(gè)動(dòng)作完成之后才能繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作。

● DDR（Double Date Rate SDRAM）：雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器

    雙倍是指在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳輸兩次數(shù)據(jù)，在時(shí)鐘的上升期和下降期各傳輸一次數(shù)據(jù)(通過差分時(shí)鐘技術(shù)實(shí)現(xiàn))，在存儲(chǔ)陣列頻率不變的情況下，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到了SDR的兩倍，此時(shí)就需要I/O從存儲(chǔ)陣列中預(yù)取2bit數(shù)據(jù)，因此I/O的工作頻率是存儲(chǔ)陣列頻率的兩倍。

    DQ頻率和I/O頻率是相同的，因?yàn)镈Q在時(shí)鐘上升和下降研能傳輸兩次數(shù)據(jù)，也是兩倍于存儲(chǔ)陣列的頻率。

● DDR2（DDR 2 SDRAM）：第二代雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器

    DDR2在DDR1的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)預(yù)取位數(shù)從2bit擴(kuò)充至4bit，此時(shí)上下行同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)（雙倍）已經(jīng)滿足不了4bit預(yù)取的要求，因此I/O控制器頻率必須加倍。

    至此，在存儲(chǔ)單元頻率保持133-200MHz不變的情況下，DDR2的實(shí)際頻率達(dá)到了266-400MHz，而（等效）數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到了533-800MHz。

● DDR3（DDR 3 SDRAM）：第三代雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器

    DDR3就更容易理解了，數(shù)據(jù)預(yù)取位數(shù)再次翻倍到8bit，同理I/O控制器頻率也加倍。此時(shí)，在存儲(chǔ)單元頻率保持133-200MHz不變的情況下，DDR3的實(shí)際頻率達(dá)到了533-800MHz，而（等效）數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)1066-1600MHz。

    綜上可以看出，DDR1/2/3的發(fā)展是圍繞著數(shù)據(jù)預(yù)取而進(jìn)行的，同時(shí)也給I/O控制器造成了不小的壓力，雖然存儲(chǔ)單元的工作頻率保持不變，但I(xiàn)/O頻率以級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，我們可以看到DDR3的I/O頻率已逼近1GHz大關(guān)，此時(shí)I/O頻率成為了新的瓶頸，如果繼續(xù)推出DDR4（注意不是GDDR4，兩者完全不是同一概念，后文會(huì)有詳細(xì)解釋）的話，將會(huì)受到很多未知因素的制約，必須等待更先進(jìn)的工藝或者新解決方案的出現(xiàn)才有可能延續(xù)DDR的生命。

    前面介紹的是關(guān)于歷代內(nèi)存的技術(shù)原理，可以說是比較微觀的東西，反映在宏觀上，就是常見的內(nèi)存顆粒及內(nèi)存條了，這都是些看得見摸得著的東西，但有些概念還是不容易理解，這里一一進(jìn)行說明：

● 內(nèi)存位寬——SDR/DDR1/2/3單條內(nèi)存都是64bit

    內(nèi)存模組的設(shè)計(jì)取決于內(nèi)存控制器（集成在北橋或者CPU內(nèi)部），理論上位寬可以無限提升，但受制因素較多：高位寬將會(huì)讓芯片組變得十分復(fù)雜，對(duì)主板布線提出嚴(yán)格要求，內(nèi)存PCB更是絲毫馬虎不得，內(nèi)存顆粒及芯片設(shè)計(jì)也必須作相應(yīng)的調(diào)整�？芍^是牽一發(fā)而動(dòng)全身，所以多年來業(yè)界都是墨守成規(guī)，維持64bit的設(shè)計(jì)不變。

    相比之下，顯卡作為一個(gè)整體就沒有那么多的顧忌，只需重新設(shè)計(jì)GPU內(nèi)部的顯存控制器，然后PCB按照位寬要求布線，焊更多的顯存顆粒上去就行了，雖然成本也很高但實(shí)現(xiàn)512bit并沒有太大難度。

● 多通道內(nèi)存——雙通道/三通道

    既然實(shí)現(xiàn)高位寬內(nèi)存條太難，那么就退而求其次，讓兩條內(nèi)存并行傳輸數(shù)據(jù)，同樣可以讓位寬翻倍。目前流行的雙通道技術(shù)就是如此，北橋或者CPU內(nèi)部整合了兩個(gè)獨(dú)立的64bit內(nèi)存控制器，同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)等效位寬就相當(dāng)于128bit。

    Intel Nehalem核心CPU直接整合三通道內(nèi)存控制器，位寬高達(dá)192bit。但由于CPU、主板、內(nèi)存方面成本都增加不少，因此在主流Lynnfield核心CPU上面又回歸了雙通道設(shè)計(jì)。事實(shí)上服務(wù)器芯片組已經(jīng)能夠支持四通道內(nèi)存，對(duì)服務(wù)器來說成本方面不是問題，只是對(duì)穩(wěn)定性和容錯(cuò)性要求很高。

● 內(nèi)存顆粒位寬：4/8/16/32bit

    理論上，完全可以制造出一顆位寬為64bit的芯片來滿足一條內(nèi)存使用，但這種設(shè)計(jì)對(duì)技術(shù)要求很高，良品率很低導(dǎo)致成本無法控制，應(yīng)用范圍很窄。

    所以內(nèi)存芯片的位寬一般都很小，臺(tái)式機(jī)內(nèi)存顆粒的位寬最高僅16bit，常見的則是4/8bit。這樣為了組成64bit內(nèi)存的需要，至少需要4顆16bit的芯片、8顆8bit的芯片或者16顆4bit的芯片。

    而顯卡對(duì)位寬要求很高，容量反而退居其次，所以顯存顆粒的位寬普遍比內(nèi)存顆粒大（這就是顯存和內(nèi)存主要區(qū)別之一），比如GDDR3/4/5顆粒都是32bit，4顆就能滿足低端卡128bit的需要，8顆可以滿足高端卡256bit的需要；而低端GDDR2顆粒為16bit，需要8顆才能組成低端卡128bit的需要。

● 內(nèi)存芯片的邏輯Bank

    在芯片的內(nèi)部，內(nèi)存的數(shù)據(jù)是以bit為單位寫入一張大的矩陣中，每個(gè)單元稱為CELL陣列，只要指定一個(gè)行一個(gè)列，就可以準(zhǔn)確地定位到某個(gè)CELL，這就是內(nèi)存芯片尋址的基本原理。這個(gè)陣列我們就稱為內(nèi)存芯片的BANK，也稱之為邏輯BANK（Logical BANK）。

    不可能只做一個(gè)全容量的邏輯Bank，因?yàn)閱我坏倪壿婤ank將會(huì)造成非常嚴(yán)重的尋址沖突，大幅降低內(nèi)存效率。所以大容量?jī)?nèi)存顆粒都是由多個(gè)邏輯Bank疊加而成的。簡(jiǎn)單來說，我們可以把一個(gè)Bank看作是一片平面的矩陣紙，而內(nèi)存顆粒是由多片這樣的紙疊起來的。

    一個(gè)Bank的位寬就是內(nèi)存顆粒的位寬，內(nèi)存控制器一次只允許對(duì)一個(gè)Bank進(jìn)行操作，由于邏輯Bank的地址線是公用的，所以在讀寫時(shí)需要加一個(gè)邏輯Bank的編號(hào)，這個(gè)動(dòng)作被稱為片選。

● 內(nèi)存條的物理Bank

    內(nèi)存控制器的位寬必須與內(nèi)存條的位寬相等，這樣才能在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳輸所有數(shù)據(jù)，這個(gè)位寬就被成為一個(gè)物理Bank（通常是64bit），每條內(nèi)存至少包含一個(gè)Bank，多數(shù)情況下?lián)碛卸�個(gè)物理Bank。

    一個(gè)物理Bank不會(huì)造成帶寬浪費(fèi)，理論上是最合理的配置，但為了實(shí)現(xiàn)大容量?jī)?nèi)存，單條內(nèi)存多物理Bank也是允許的，但內(nèi)存控制器所能允許的最大Bank數(shù)存在上限，常見的是雙物理Bank設(shè)計(jì)，只有特殊內(nèi)存或者服務(wù)器內(nèi)存才會(huì)使用四Bank以上的設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@種內(nèi)存兼容性不好，“挑”芯片組。

    事實(shí)上顯卡上也存在雙物理Bank設(shè)計(jì)，目的就是為了實(shí)現(xiàn)超大顯存容量，比如1GB的9800GT，正反兩面共有16顆16M×32bit的GDDR3顯存，總位寬達(dá)512bit，實(shí)際上顯存控制器只支持256bit，這樣就是雙物理Bank。

    早在SDRAM時(shí)代，顯卡上用的“顯存顆粒”與內(nèi)存條上的“內(nèi)存顆�！笔峭耆�相同的。在那個(gè)時(shí)候，GPU本身的運(yùn)算能力有限，對(duì)數(shù)據(jù)帶寬的要求自然也不高，所以高頻的SDRAM顆粒就可以滿足要求。

某TNT2顯卡，使用的是PC166的SDR內(nèi)存顆粒

● 內(nèi)存滿足不了顯卡的需求，顯存應(yīng)運(yùn)而生

    本是同根生的狀況一直持續(xù)到SDR和DDR交接的時(shí)代，其實(shí)最早用在顯卡上的DDR顆粒與用在內(nèi)存上的DDR顆粒仍然是一樣的。后來由于GPU特殊的需要，顯存顆粒與內(nèi)存顆粒開始分道揚(yáng)鑣，這其中包括了幾方面的因素：

    1. GPU需要比CPU更高的帶寬。GPU不像CPU那樣有大容量二三級(jí)緩存，GPU與顯存之間的數(shù)據(jù)交換遠(yuǎn)比CPU頻繁，而且大多都是突發(fā)性的數(shù)據(jù)流，因此GPU比CPU更加渴望得到更高的顯存帶寬支持。

    位寬×頻率=帶寬，因此提高帶寬的方法就是增加位寬和提高頻率，但GPU對(duì)于位寬和頻率的需求還有其它的因素。

    2．顯卡需要高位寬的顯存。顯卡PCB空間是有限的，在有限的空間內(nèi)如何合理的安排顯存顆粒，無論高中低端顯卡都面臨這個(gè)問題。從布線、成本、性能等多種角度來看，顯存都需要達(dá)到更高的位寬。

    最早的顯存是單顆16bit的芯片，后來升級(jí)到32bit，將來甚至還會(huì)有更高的規(guī)格出現(xiàn)。而內(nèi)存則沒有那么多要求，多年來內(nèi)存條都是64bit，所以單顆內(nèi)存顆粒沒必要設(shè)計(jì)成高位寬，只要提高容量就行了，所以位寬一直維持在4/8bit。

    3．顯卡能讓顯存達(dá)到更高的頻率。顯存顆粒與GPU配套使用時(shí)，一般都經(jīng)過專門的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，而不像內(nèi)存那樣有太多顧忌。GPU的顯存控制器比CPU或北橋內(nèi)存控制器性能優(yōu)異，而且顯卡PCB可以隨意的進(jìn)行優(yōu)化，因此顯存一般都能達(dá)到更高的頻率。而內(nèi)存受到內(nèi)存PCB、主板走線、北橋CPU得諸多因素的限制很難沖擊高頻率

　　由此算來，顯存與內(nèi)存“分家”既是意料之外，又是情理之中的事情了。為了更好地滿足顯卡GPU的特殊要求，一些廠商(如三星等)推出了專門為圖形系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高速DDR顯存，稱為“Graphics Double Data Rate DRAM”，也就是我們現(xiàn)在常見的GDDR。

● GDDR——顯存和內(nèi)存正式分家

    GDDR作為第一代專用的顯存芯片，其實(shí)在技術(shù)方面與DDR沒有任何區(qū)別，同樣采用了2bit預(yù)取技術(shù)，理論頻率GDDR并不比DDR高多少。不過后期改進(jìn)工藝的GDDR有了優(yōu)秀PCB的顯卡支持之后，GDDR顯存最高沖刺至900MHz，而DDR內(nèi)存只能達(dá)到600MHz左右，顯存和內(nèi)存的差距從此逐漸拉開。

• TSOP封裝的GDDR 16bit：

8M×16Bit 4.0ns TSOP II封裝的GDDR，單顆16MB，理論頻率500MHz
當(dāng)年9550、FX5700等128Bit中端卡需要搭配8顆才能組成128Bit

    TSOP封裝的GDDR顆粒，外觀規(guī)格特性都與DDR內(nèi)存顆粒沒有什么區(qū)別，所以在很多人看來“GDDR”與“DDR”是可以“劃等號(hào)”的。其實(shí)兩者還是有些差別：

• GDDR采用4K循環(huán)32ms的刷新周期，而DDR采用8K循環(huán)64ms的刷新周期；
• GDDR為了追求頻率在延遲方面放的更寬一些，畢竟GPU對(duì)延遲不太敏感；
• GDDR顆粒的容量小、位寬大，一般是8×16Bit(16MB)的規(guī)格，而DDR顆粒的容量大、位寬小，雖然也有16Bit的顆粒，但最常見的還是8Bit和4Bit，單顆容量32MB或64MB。

    為了實(shí)現(xiàn)更大的位寬，并進(jìn)一步提升GDDR的性能，后期很多廠商改用了電氣性能更好的MBGA封裝，當(dāng)然也有內(nèi)存顆粒使用MBGA封裝，但規(guī)格已有了較大差異，主要是顆粒位寬不同。

• MBGA封裝的GDDR 32bit：

4M×32Bit 2.2ns MBGA封裝的GDDR，單顆16MB，理論頻率900MHz
8顆組成128MB 256Bit規(guī)格，是GDDR1最后的輝煌

    MBGA封裝GDDR的單顆位寬首次達(dá)到了32Bit，從此就標(biāo)志著GDDR與DDR正式分道揚(yáng)鑣，32Bit的規(guī)格被GDDR2/3/4/5一直沿用至今。

    GDDR顯存的這兩種封裝：MBGA與TSOP構(gòu)成的高低配，曾一度一統(tǒng)顯卡市場(chǎng)。雖然GDDR已經(jīng)退出歷史舞臺(tái)，但32Bit主攻中高端、16Bit主攻低端的局面，時(shí)至今日依然得到了延續(xù)。

● GDDR2第一版：短命的早產(chǎn)兒 高壓高發(fā)熱

    GDDR2源于DDR2技術(shù)，也就是采用了4Bit預(yù)取，相比DDR1代可以將頻率翻倍。雖然技術(shù)原理相同，但GDDR2要比DDR2早了將近兩年時(shí)間，首次支持DDR2內(nèi)存的915P主板于2004年中發(fā)布，而首次搭載GDDR2顯存的FX5800Ultra于2003年初發(fā)布，但早產(chǎn)兒往往是短命的。

    NVIDIA在設(shè)計(jì)NV30芯片時(shí)依然保持128Bit顯存位寬，為了提高帶寬必須使用高頻顯存，700MHz的GDDR已經(jīng)無法滿足需求了，于是冒險(xiǎn)嘗試GDDR2。第一代GDDR2受制造工藝限制，電壓規(guī)格還是和DDR/GDDR一樣的2.5V，雖然勉強(qiáng)將頻率提升至1GHz左右，但功耗發(fā)熱出奇的大。

4M×32Bit 2.0ns MBGA 144Ball封裝的GDDR2，單顆16MB，理論頻率1000MHz
GDDR2第一版只有2.2ns和2.0ns兩種速度

    GDDR2第一版只在FX5800/Ultra和FX5600Ultra這三款顯卡上出現(xiàn)過（也包括對(duì)應(yīng)的專業(yè)卡及個(gè)別非公版顯卡），ATI也有極少數(shù)9800Pro使用了GDDR2。高電壓、高發(fā)熱、高功耗、高成本給人的印象非常差。隨著FX5900改用GDDR及256Bit，GDDR2很快被人遺忘。

FX5800Ultra需要為顯存專門安裝厚重的散熱片

    GDDR2失敗的主要原因是NVIDIA GeForce FX系列架構(gòu)和性能的問題，之后即便改用了256Bit高頻GDDR(此時(shí)GDDR的頻率已被提升至850-900MHz，直逼GDDR2)，F(xiàn)X5950Ultra依然不是9800XT的對(duì)手。當(dāng)然GDDR2自身規(guī)格的不完善也造成了它無法入住中低端顯卡，被時(shí)代所遺棄。

    GDDR2雖然壞毛病一大堆，但它也擁有一些新的特性，比如首次使用片內(nèi)終結(jié)電阻，PCB設(shè)計(jì)比GDDR更加簡(jiǎn)潔，這個(gè)特性被后來的gDDR2和GDDR3繼承。

    由于第一代GDDR2的失敗，高端顯卡的顯存是直接從GDDR跳至GDDR3的，但GDDR2并未消亡，而是開始轉(zhuǎn)型。幾大DRAM大廠有針對(duì)性的對(duì)GDDR2的規(guī)格和特性做了更改（說白了就是DDR2的顯存版），由此gDDR2第二版正式登上顯卡舞臺(tái)，時(shí)至今日依然活躍在低端顯卡之上。

    gDDR2第二版相對(duì)于第一版的改進(jìn)主要有：

  
各大廠商均有g(shù)DDR2顆粒

    由于電壓的下降，第二代gDDR2的頻率要比第一代GDDR2低，主要以2.5ns(800MHz)和2.2ns(900MHz)的規(guī)格為主，當(dāng)然也有2.8ns(700MHz)的型號(hào)。直到后期制造工藝上去之后，第二代gDDR2才以1.8V電壓突破了1000MHz，最高可達(dá)1200MHz，趕超了第一代高壓GDDR2的記錄。

    采用gDDR2顯存的經(jīng)典顯卡有：7300GT、7600GS、X1600Pro、8500GT……一大堆低端顯卡。

注意三星官方網(wǎng)站對(duì)于顯存的分類

    相信很多朋友也注意到了，本頁gDDR2的第一個(gè)字母為小寫，幾大DRAM廠商在其官方網(wǎng)站和PDF中就都是這么寫的，以示區(qū)分。我們可以這么認(rèn)為：大寫G表示顯卡專用，32bit定位高端的版本；而小寫g表示為顯卡優(yōu)化，16bit定位低端的版本，本質(zhì)上與內(nèi)存顆粒并無區(qū)別。

    事實(shí)上，GDDR3和gDDR3之間也是這種關(guān)系，稍后我們會(huì)做詳細(xì)介紹。

    GDDR源于DDR，GDDR2源于DDR2，而GDDR3在頻率方面的表現(xiàn)又與DDR3比較相似，于是很多人認(rèn)為GDDR3就是顯存版的DDR3，這可是個(gè)天大的誤區(qū)。

● GDDR3：一代王者GDDR3源于DDR2技術(shù)

    無論GDDR還是GDDR2，由于在技術(shù)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(jīng)歷了GDDR2的失敗之后，兩大圖形巨頭NVIDIA和ATI對(duì)JEDEC組織慢如蝸牛般的標(biāo)準(zhǔn)制訂流程感到越來越失望，認(rèn)為他們制定的顯存不能適應(yīng)GPU快節(jié)奏的產(chǎn)品更新?lián)Q代周期，于是NVIDIA和ATI的工作人員積極參與到了JEDEC組織當(dāng)中，以加速顯存標(biāo)準(zhǔn)的起草及制定。

    雙方一致認(rèn)為，顯存與內(nèi)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的應(yīng)用方面完全不同，在內(nèi)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(xiàn)實(shí)。因此，必須要有一種針對(duì)高速點(diǎn)對(duì)點(diǎn)環(huán)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(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器。

    GDDR3和GDDR2/DDR2一樣，都是4Bit預(yù)取架構(gòu)，GDDR3主要針對(duì)GDDR2高功耗高發(fā)熱的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，并提升傳輸效率來緩解高延遲的負(fù)面影響。

    GDDR2只有一條數(shù)據(jù)選擇脈沖（DQS），是單一雙向的，而GDDR3則擁有讀與寫兩條獨(dú)立的DQS，而且是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)計(jì)。這樣做的好處在于，在讀取之后如果馬上進(jìn)行寫入時(shí)，不必再等DQS的方向轉(zhuǎn)變，由此實(shí)現(xiàn)讀寫操作的快速切換。

    相比GDDR2/DDR2，GDDR3的讀寫切換動(dòng)作可以少一個(gè)時(shí)鐘周期，如果需要對(duì)某一個(gè)連續(xù)的區(qū)塊同時(shí)讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，GDDR3的速度就要比GDDR2快一倍。

    由于存儲(chǔ)單元自身的特性，內(nèi)存顆粒的邏輯Bank是無法同時(shí)讀寫數(shù)據(jù)的，并不存在“全雙工”一說，但GDDR3的這項(xiàng)改進(jìn)讓順序讀寫成為可能。GPU本身緩存很小，與顯存之間的數(shù)據(jù)交換極其頻繁，讀寫操作穿插進(jìn)行，因此GDDR3點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)計(jì)的DQS可以讓顯存存儲(chǔ)效率大增。但對(duì)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(jí)緩存，所以GDDR3這種設(shè)計(jì)并不能極大的提升內(nèi)存帶寬，也沒有引入到下一代DDR3當(dāng)中。

    同時(shí)GDDR3也對(duì)I/O控制電路和終結(jié)電阻進(jìn)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(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)移到本位電路上，來簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理，將DC電流壓至最小，只有當(dāng)邏輯LOW移至總線上時(shí)才會(huì)消費(fèi)電力，從而很好的控制了功耗和發(fā)熱。

    GDDR3的頻率能達(dá)到現(xiàn)在這么高，其實(shí)并沒有什么訣竅，憑借的就是不斷改進(jìn)的工藝制程，來暴力拉升頻率。資歷稍老點(diǎn)的玩家應(yīng)該知道，GDDR3于2004年初次登臺(tái)亮相時(shí)，6600GT的顯存頻率僅為1GHz，并不比GDDR2高，5年過去了，GDDR3從1GHz一路攀升至2GHz甚至2.5GHz，生命力得到了延續(xù)。

    明白了GDDR3的原理技術(shù)后，再來看看實(shí)物。GDDR3和GDDR1類似，也有兩種封裝形式：

● 144Ball MBGA封裝，為了向下兼容GDDR和GDDR2

    最初的GDDR3采用了144Ball MBGA封裝，這與GDDR和GDDR2第一版完全相同，外觀也是正方形，三者的電氣性能相似，支持GDDR3的GPU也可使用GDDR顯存，PCB和電路只需做少量調(diào)整。

三星2.0ns 8M×32Bit GDDR3顆粒

    144Ball封裝的GDDR3只有8M×32Bit一種規(guī)格，所以8顆顯存組成256MB 256Bit、或者4顆顯存組成128MB 128Bit是當(dāng)時(shí)的主流。5700Ultra就首次使用了GDDR3取代了GDDR2。

    144Ball封裝的GDDR3主要有2.0ns(1000MHz)和1.6ns(1250MHz)兩種速度，1.4ns良率不高產(chǎn)量很小，最高頻率止步于1400MHz。曾被7800GTX/GT、6800GS、6600GT、X850/X800/X700等顯卡大量采用。由于144Ball封裝及PCB電路限制了其頻率的提升，很快GDDR3就改用了電氣性能更好的136Ball FBGA封裝。

● 136Ball FBGA封裝，頻率容量節(jié)節(jié)攀升

    為了提高電氣性能和環(huán)保水平，從2005年開始，GDDR3開始采用全新的136Ball FBGA封裝，并統(tǒng)一使用無鉛封裝工藝。新封裝使得顯卡PCB必須重新設(shè)計(jì)，但也為GDDR3的騰飛鋪平了道路。

三星0.8ns GDDR3顯存 16M×32Bit規(guī)格

    136Ball封裝GDDR3的優(yōu)勢(shì)如下：

• 規(guī)格不再局限于8M×32Bit一種，16M×32Bit成為主流，目前32M×32Bit已大量采用；
• 伴隨著制造工藝的進(jìn)步，額定電壓從2.0V進(jìn)一步降至1.8V，但一些高頻顆�？蛇m當(dāng)加壓；
• 速度從1.4ns起跳，經(jīng)過1.2ns、1.1ns、1.0ns一路發(fā)展至0.8ns、0.7ns，最快速度可突破2500MHz，但這是以犧牲延遲為代價(jià)的，好在GPU對(duì)延遲不太敏感；

    當(dāng)GDDR3的頻率首次達(dá)到2000MHz時(shí)，很多人都認(rèn)為離極限不遠(yuǎn)了，于是未雨綢繆的抓緊制定GDDR4規(guī)范，但沒想到在DRAM廠商的努力及新工藝的支持下，GDDR3的生命得到了延續(xù)，0.8ns 0.7ns的型號(hào)相繼量產(chǎn)，而且容量更大的32M×32Bit顆粒也成為主流，基本上能夠滿足高中低端所有顯卡的需要。

當(dāng)前速度最快0.77ns GDDR3顯存顆粒，理論頻率可達(dá)2600MHz

    當(dāng)年2.2ns GDDR最高可達(dá)900MHz，核心頻率和I/O頻率止步于450MHz。經(jīng)過5年時(shí)間的發(fā)展，GDDR3憑借新工藝終于在核心頻率和I/O頻率方面取得突破，核心頻率可達(dá)600MHz以上，I/O頻率超過1200MHz，此時(shí)過高的I/O頻率成為了新的瓶頸。

    GDDR3采用了DDR2的4bit預(yù)取技術(shù)，所以采用DDR3 8bit預(yù)取技術(shù)的顯存只能按順序命名為GDDR4。GDDR4是在GDDR3的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，它繼承了GDDR3的兩大技術(shù)特性，但內(nèi)核改用DDR3的8bit預(yù)取技術(shù)，并加入了一些新的技術(shù)來提升頻率。

● GDDR4的技術(shù)特性：

• 使用DDR3的8bit預(yù)取技術(shù)，以較低的核心頻率達(dá)到更高帶寬，但延遲增加；
• 采用數(shù)據(jù)總線轉(zhuǎn)位技術(shù)（DBI，Data Bus Inversion，下文做詳細(xì)介紹），提高數(shù)據(jù)精度，降低功耗；
• 地址線只有GDDR3的一半，多余線用于電源和接地，有利于提升頻率，但導(dǎo)致延遲增加；
• 采用多重同步碼（Multi-Preamble）技術(shù)，解決了GDDR3存在的爆發(fā)限制（Burst LimitATIon），從連續(xù)地址讀取少量數(shù)據(jù)時(shí)的性能大幅提升；
• 電壓從1.8V降至1.5V；
• 同頻功耗下降75%，2400MHz的GDDR4功耗只有2000MHz GDDR3的一半；
• 采用136Ball FBGA封裝，單顆32Bit，向下兼容GDDR3；

GDDR4的確更好超，但性能提升有限

    由于采用了8bit預(yù)取技術(shù)，因此在相同頻率下GDDR4的核心頻率（即電容刷新頻率）只有GDDR3的一半，理論上來講GDDR4最高頻率可達(dá)GDDR3的兩倍。但值得注意的是，雖然核心頻率通過8bit預(yù)取技術(shù)減半，但GDDR4與GDDR3的I/O頻率是完全相同的，因此GDDR4頻率提升的瓶頸在于I/O頻率而不是核心頻率。

    由于制造工藝和技術(shù)水平的限制，雖然三星官方宣稱早已生產(chǎn)出3GHz以上的GDDR4，但實(shí)際出貨的GDDR4只有2GHz-2.5GHz，此后改進(jìn)工藝的GDDR3也追平了這一頻率。在相同頻率下，GDDR4比起GDDR3雖然功耗發(fā)熱低，但延遲大性能稍弱，再加上成本高產(chǎn)量小，GDDR4遭受冷落并不意外。

● 導(dǎo)致GDDR4失敗的非技術(shù)方面原因

    GDDR3是NVIDIA和ATI參與JEDEC組織后共同制定的顯存標(biāo)準(zhǔn)，而GDDR4在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中雙方產(chǎn)生了較大的分歧。NVIDIA較為保守，認(rèn)為應(yīng)該保持DDR2 4bit預(yù)取技術(shù)不變，繼續(xù)改進(jìn)I/O控制器來提升頻率；而ATI則比較激進(jìn)，準(zhǔn)備直接使用DDR3 8bit預(yù)取技術(shù)。

    雙方爭(zhēng)執(zhí)的結(jié)果就是在JEDEC組織中德高望重的ATI獲勝（據(jù)稱ATI有位高層在JEDEC身居要職），而NVIDIA則明確表示不支持GDDR4。因此GDDR4其實(shí)就是ATI一手策劃的，但得不到NVIDIA支持的話，GDDR4立馬就失去了6成以上的市場(chǎng)，由此導(dǎo)致DRAM廠不敢貿(mào)然投產(chǎn)。

    最終只有三星一家生產(chǎn)了少量的GDDR4顯存，其他家都在觀望。當(dāng)然其他DRAM廠商都沒閑著，它們把精力都投在了深挖GDDR3的潛力當(dāng)中，于是我們看到了GDDR3的頻率節(jié)節(jié)攀升，GDDR4在沒有成本優(yōu)勢(shì)的情況下，也沒有頻率優(yōu)勢(shì)，恰好當(dāng)時(shí)的幾代A卡更沒有性能優(yōu)勢(shì)，GDDR4自然只有死路一條。

    只有ATI生產(chǎn)過搭載GDDR4的顯卡，數(shù)量雖然不多但橫跨了三代產(chǎn)品：X1950XTX、HD2600XT和HD3870(也包括對(duì)應(yīng)的專業(yè)卡)——與當(dāng)年NVIDIA使用GDDR2的顯卡數(shù)量相等。NVIDIA在遭遇滑鐵盧后果斷放棄了GDDR2，而ATI對(duì)于GDDR4則是難以割舍，三年時(shí)間三代產(chǎn)品都有使用，但一直都是非主流。

    GDDR4的失敗并不是技術(shù)原因，和當(dāng)年的GDDR2相比它要成熟很多，沒推起來的原因主要是對(duì)手太強(qiáng)：ATI的對(duì)手NVIDIA很強(qiáng)大，另外GDDR4的對(duì)手GDDR3生命力太頑強(qiáng)了。

    即便使用了8bit預(yù)取技術(shù)，可GDDR4還是沒有與GDDR3拉開頻率差距，因?yàn)槠款i在I/O控制器上面而不是內(nèi)核，而GDDR5就是用來解決這一瓶頸的。

● GDDR5：恐怖的頻率是如何達(dá)成的

    和GDDR4一樣，GDDR5采用了DDR3的8bit預(yù)取技術(shù)，核心頻率顯然不是瓶頸，如何提升I/O頻率才是當(dāng)務(wù)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(shí)現(xiàn)雙倍的接口帶寬。

GDDR5各項(xiàng)總線工作頻率示意圖

    雙DQ總線的結(jié)果就是，GDDR5的針腳數(shù)從GDDR3/4的136Ball大幅增至170Ball，相應(yīng)的GPU顯存控制器也需要重新設(shè)計(jì)。GDDR5顯存擁有多達(dá)16個(gè)物理Bank，這些Bank被分為四組，雙DQ總線交叉控制四組Bank，達(dá)到了實(shí)時(shí)讀寫操作，一舉將數(shù)據(jù)傳輸率提升至4GHz以上！

    以往GDDR1/2/3/4和DDR1/2/3的數(shù)據(jù)總線都是DDR技術(shù)(通過差分時(shí)鐘在上升沿和下降沿各傳輸一次數(shù)據(jù))，官方標(biāo)稱的頻率X2就是數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)總線，相當(dāng)于Rambus的QDR技術(shù)，所以官方標(biāo)稱頻率X4才是數(shù)據(jù)傳輸率。比如HD4870官方顯存頻率是900MHz，而大家習(xí)慣稱之為3600MHz。

● 失敗乃成功之母，冒險(xiǎn)使用GDDR5助RV770挑戰(zhàn)GTX200

    GDDR4的失敗并沒有阻擋ATI前進(jìn)的腳步，在意識(shí)到GDDR4頻率提升的瓶頸之后，GDDR5草案的制定就被提上日程，ATI和NVIDIA技術(shù)人員重新聚首，開展第二次合作共商大計(jì)。GDDR5吸取了前輩們的諸多優(yōu)點(diǎn)，可謂是取其精華棄其糟粕，在I/O改進(jìn)方面雙方也不再有太多矛盾。

    技術(shù)方面的問題不難解決，最難的是時(shí)間和進(jìn)度。ATI在R600上面冒險(xiǎn)使用512Bit顯存控制器來提升顯存帶寬，結(jié)果輸?shù)靡粩⊥康兀�于是RV670只好回歸256Bit，導(dǎo)致性能原地踏步。而GDDR4相比GDDR3沒有頻率優(yōu)勢(shì)，因此ATI迫切的需要GDDR5迅速投產(chǎn)以滿足新一代GPU的需要，RV770只有256Bit，急需高頻顯存的支持。

    對(duì)手NVIDIA對(duì)于GDDR5當(dāng)然很感興趣，但卻一點(diǎn)都不著急，保守的NVIDIA決定堅(jiān)守GDDR3，GTX200核心使用了512Bit顯存控制器來提升帶寬。比起R600的環(huán)形總線，NVIDIA從256Bit到384Bit再到512Bit一步一個(gè)腳印走出來的交叉總線顯然更加成熟。

    以256Bit對(duì)抗512Bit，ATI只能將籌碼全部押在GDDR5身上，于是在GDDR5標(biāo)準(zhǔn)尚未完全確立之前，ATI已經(jīng)在緊鑼密鼓的測(cè)試性能，并督促DRAM廠投產(chǎn)�？梢哉fGDDR5和GDDR2/4一樣也是個(gè)早產(chǎn)兒，但失敗乃成功之母，有了完善的技術(shù)規(guī)格和制造工藝的支持，GDDR5一出世便令人刮目相看。

    憑借GDDR5翻倍的數(shù)據(jù)傳輸率，HD4870以256Bit將448Bit的GTX260挑落馬下，迫使NVIDIA通過降價(jià)、提升規(guī)格、改進(jìn)工藝等諸多手段來反擊。128Bit的HD4770性能也完勝256Bit的9600GT并直逼9800GT。

    GDDR5在GDDR3/4優(yōu)秀特性的基礎(chǔ)上，還有諸多改進(jìn)和新特性，下面就對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)分析。

• 數(shù)據(jù)和地址總線轉(zhuǎn)位技術(shù)：信號(hào)質(zhì)量高、功率消耗少

    在1Byte數(shù)據(jù)中的8個(gè)值中，如果超過一半的數(shù)值是0，那么GDDR5就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行轉(zhuǎn)位傳輸，把0變成1、1變成0，通過1個(gè)附加的DBI(數(shù)據(jù)總線轉(zhuǎn)位值)來判定數(shù)據(jù)流是正位還是反位。GDDR5的這項(xiàng)技術(shù)是從GDDR4繼承發(fā)展而來的。

    DRAM在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，只有0會(huì)消耗電能，減少0的傳輸數(shù)量，既能保證信號(hào)質(zhì)量，也能減少內(nèi)部終結(jié)電阻和外部終結(jié)電路的功率消耗。GDDR5的地址總線也使用了類似的技術(shù)，通過額外的ABI通道來轉(zhuǎn)位數(shù)據(jù)流，從而較少信號(hào)噪聲，并降低功耗。

• 智能的可編程I/O控制接口：簡(jiǎn)化PCB設(shè)計(jì)和成本

    GDDR5對(duì)I/O控制器做了很多改進(jìn)，加入了全新的自動(dòng)校準(zhǔn)引擎，保證GDDR5顯存顆粒更好的適應(yīng)GPU顯存控制器的需求，確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠。

    自動(dòng)校準(zhǔn)引擎可以監(jiān)控電壓和溫度變化，通過校驗(yàn)數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)通電阻與ODT終結(jié)電阻值來作出補(bǔ)償，數(shù)據(jù)、地址、指令終結(jié)電阻都可以被軟件或驅(qū)動(dòng)控制。

GDDR5的針腳更多，但布線更簡(jiǎn)潔

    此外GDDR5還能支持時(shí)間延遲和信號(hào)強(qiáng)度調(diào)整，靈活的協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)同步，以往通過“蛇形走線”平衡延遲的方法徹底成為歷史，GDDR5沒有這種顧慮，因此能極大的簡(jiǎn)化PCB布線和成本，并有利于沖擊更高頻率。

• 數(shù)據(jù)遮蓋技術(shù)：減輕數(shù)據(jù)總線壓力

    GDDR5的Burst Length（對(duì)相鄰存儲(chǔ)單元連續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹芷跀?shù)）是8bit，也就是說GDDR5顆粒一次至少要傳輸256bit數(shù)據(jù)，但很多時(shí)候并不是所有的數(shù)據(jù)都需要被改寫，導(dǎo)致無效的數(shù)據(jù)傳輸。

    為此，GDDR5使用了一項(xiàng)數(shù)據(jù)遮蓋技術(shù)，通過地址線傳輸保護(hù)信息，所有被保護(hù)的數(shù)據(jù)在傳輸過程中就不會(huì)被改寫，只有暴露的數(shù)據(jù)才會(huì)被寫入新的數(shù)據(jù)。如此以來，GDDR5的數(shù)據(jù)線壓力減輕不少，功耗發(fā)熱也得到進(jìn)一步控制。

• 誤差補(bǔ)償技術(shù)：提高傳輸效率，避免災(zāi)難性錯(cuò)誤

    為了保證數(shù)據(jù)在高速傳輸過程中的有效性，GDDR5新增一項(xiàng)錯(cuò)誤偵測(cè)與修正技術(shù)。GDDR5使用了成熟的CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)），通過DQ和DBI總線，實(shí)時(shí)檢查錯(cuò)誤，第一時(shí)間重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

    這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于高頻率傳輸數(shù)據(jù)尤為重要，它能有效的減少數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰的概率，大幅減少了由超頻或高溫導(dǎo)致的一系列問題，而且能夠一定程度上提升數(shù)據(jù)傳輸效率。

• 折疊模式：32bit顆粒當(dāng)作16bit用

    GDDR5作為高端顯卡專用的顯卡，只有32bit的顆粒。由于GDDR5擁有兩條并行的數(shù)據(jù)總線，這就使得GDDR5的工作模式變得更加靈活，它既可以工作在32bit模式下也可以工作在16bit模式下。這樣一個(gè)32bit顯存控制器就可以控制兩顆GDDR5顯存，顯存容量可以輕松翻倍。

    其實(shí)，GDDR3/4都可以通過這種方式擴(kuò)充顯存容量，但原理則完全不同。此前必須GPU的顯存控制器在設(shè)計(jì)時(shí)支持雙Bank模式才能支持更多的顯存顆粒。而現(xiàn)在，8顆GDDR5顯存總計(jì)256bit可以直接被128bit的GPU使用，從而簡(jiǎn)化了顯存控制器設(shè)計(jì)，HD4770就是很好的例子。

    之前我們分析過，TSOP封裝的GDDR1還有g(shù)DDR2顯存，其實(shí)在技術(shù)上與DDR1/2內(nèi)存沒有本質(zhì)區(qū)別，高位寬(16bit)的內(nèi)存顆�？梢灾苯赢�(dāng)作顯存使用。隨著DDR3顆粒大量投產(chǎn)，成本接近DDR2，于是在DDR3內(nèi)存取代DDR2的同時(shí)，也將順便取代老舊的gDDR2。

● gDDR3：把內(nèi)存顆粒改裝成顯存用

    以目前的情況來看，DDR3比gDDR2頻率高很多，但成本比GDDR3要低，所以gDDR2被取代是板上釘釘?shù)氖�。AMD率先將DDR3使用在了顯卡上，隨后得到了業(yè)界的一致認(rèn)可。

    為了和DDR3內(nèi)存顆粒區(qū)分，DRAM廠將其稱為Graphics DDR3 SDRAM，簡(jiǎn)寫為gDDR3，和DDR3內(nèi)存顆粒一樣都是8bit預(yù)取技術(shù)，單顆16bit，定位中低端顯卡；而傳統(tǒng)的GDDR3則是Graphics GDDR3 SDRAM的簡(jiǎn)寫，它和DDR2內(nèi)存一樣采用了4bit預(yù)取技術(shù)，單顆32bit，定位中高端顯卡。

    可以看出，在高端GDDR5將會(huì)取代GDDR3，而低端gDDR3將會(huì)取代gDDR2，中端則會(huì)出現(xiàn)三代共存的局面。雖然gDDR3單顆位寬只有GDDR3的一半，但存儲(chǔ)密度卻是GDDR3的兩倍，而且在相同頻率下(比如2000MHz)，gDDR3的核心頻率是GDDR3的一半，因此功耗發(fā)熱要低很多。對(duì)于位寬不高的中低端顯卡來說，gDDR3大容量、低成本、低功耗發(fā)熱的特性簡(jiǎn)直相當(dāng)完美！

    上圖就是現(xiàn)代官方網(wǎng)站列出的gDDR3和GDDR3兩種顯存的規(guī)格參數(shù)表，注意它們的全稱，是否有"G"，真的是差之毫厘謬以千里。

    gDDR3源于DDR3，技術(shù)特性上沒有區(qū)別，主要在封裝上面。gDDR3作為對(duì)顯卡優(yōu)化的版本，單顆16bit FBGA 96Ball封裝；而DDR3多為單顆4/8bit，封裝是78/82Ball。也有少數(shù)DDR3使用了16bit FBGA 96Ball封裝，由于位寬太大僅用于特殊場(chǎng)合。

    在前文的內(nèi)存部分，關(guān)于內(nèi)存顆粒的位寬、通道、Bank等做了一些介紹，這些技術(shù)參數(shù)對(duì)于顯存同樣適用，但顯存也有自己的一套規(guī)格定義，下面就逐一介紹：

● 規(guī)格：16M×32Bit是什么意思？

    當(dāng)您瀏覽網(wǎng)站或者查看顯卡規(guī)格時(shí)，往往都會(huì)看到類似“某某顯卡使用了4顆16M×32Bit的GDDR3顯存”這樣的文字，這其中16M×32Bit就是該顯存顆粒的主要規(guī)格，是國(guó)際統(tǒng)一的命名標(biāo)準(zhǔn)，可以到存儲(chǔ)廠商官方網(wǎng)站上查到。

    16M×32Bit中，16M表示顯存存儲(chǔ)單元的容量為16Mbit，32Bit是單顆顯存的數(shù)據(jù)位寬，這種標(biāo)稱不容易理解，需要經(jīng)過換算才能得到符合我們使用習(xí)慣的規(guī)格。

● 容量：?jiǎn)晤w顯存容量＝存儲(chǔ)單元容量×數(shù)據(jù)位寬/8

    以最常見的16M×32bit GDDR3顯存為例，16×32/8＝64MB，一顆顯存就是64MB的容量，那么這塊顯卡用了4顆顯存就組成了256MB。

    很多人可能會(huì)納悶上面的公式中為何要除以8，因?yàn)楣俜揭?guī)格中的16M的單位是Megabit（兆位）而不是MegaByte（兆字節(jié)），它兩之間的換算需要除以8。

● 速度：顯存理論頻率＝1000/時(shí)鐘周期×2

    大家常說某某顯卡采用了1.4ns顆粒，另一個(gè)顯卡用了更快的1.2ns顆粒，超頻更猛等等……這個(gè)1.2ns就是顯存的時(shí)鐘周期，同樣的我們需要換算成更容易理解的數(shù)字。

    套用以上公式，我們來算算主流規(guī)格顯存的理論頻率是多少：

    為什么要乘以2，因?yàn)镈DR系列存儲(chǔ)顆粒屬于雙倍傳輸，在工作頻率和數(shù)據(jù)位寬相同的情況下，顯存帶寬是SDRAM的2倍，因此大家習(xí)慣于在基礎(chǔ)頻率上乘2，超高的頻率確實(shí)比較好看。

● 位寬：顯存位寬＝單顆顯存數(shù)據(jù)位寬×顯存數(shù)量

    這個(gè)不難理解，比如顯卡使用了4顆16M×32bit GDDR3顯存，那么位寬就是32bit×4＝128bit。需要注意的是，并非所有情況下這個(gè)公式都成立，除了顯存數(shù)量之外，GPU顯存控制器的位寬決定了顯卡位寬上限。

    低端顯卡核心擁有128Bit顯存控制器，因此4顆GDDR3顯存就能滿足位寬需求，即便PCB上集成了8顆顯存，顯卡位寬依然是128bit。如果是中端顯卡的話，8顆顯存正好是256Bit，與核心相吻合。

● 帶寬：顯存帶寬＝顯存位寬×顯存工作頻率/8

    單純看顯存位寬意義并不大，最終影響顯卡性能的其實(shí)是帶寬。我們可以把帶寬比作是馬路的車行流量，顯然馬路越寬（顯存位寬），車速越高（顯存頻率），最終的帶寬就越高。

    以GTX260為例，顯存頻率2GHz，位寬448bit，計(jì)算所得帶寬就是112GB/s。除以8的原因還是因?yàn)閎it和Byte之間的換算。

    帶寬是顯存速度的最終衡量，有些顯卡的顯存頻率高，但是位寬低，最典型的就是使用GDDR5顯存的HD4870，位寬256bit但頻率高達(dá)3600MHz，最終計(jì)算得帶寬就是115GB/s，和GTX260相當(dāng)。

● SDR+DDR1/2/3和GDDR1/2/3/4/5全系列規(guī)格參數(shù)匯總：

● 顯存引領(lǐng)DRAM發(fā)展，未來內(nèi)存將以顯存為藍(lán)本開發(fā)

    縱觀近年來內(nèi)存與顯存的發(fā)展，就會(huì)發(fā)現(xiàn)顯存的發(fā)展速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了內(nèi)存，顯存帶寬幾乎達(dá)到了內(nèi)存帶寬的10倍之多，而且這個(gè)差距還在不斷的加大。目前三通道DDR3已經(jīng)足夠桌面CPU用好一陣子了，而GPU對(duì)顯存帶寬的渴求似乎是個(gè)永遠(yuǎn)都填不滿的無底洞。

    正因?yàn)槿绱�，顯存逐漸脫離了內(nèi)存的發(fā)展軌跡，在經(jīng)過幾次并不成功的嘗試之后，從內(nèi)存的配角/附屬品，開始走向了反客為主的道路。GDDR2提前DDR2近兩年、GDDR4提前DDR3一年多，雖然都以失敗而告終，但卻為GDDR5的成功打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

    在內(nèi)存領(lǐng)域，如今DDR3才剛剛站穩(wěn)腳跟，至少將統(tǒng)治PC兩至三年，但DDR4的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在積極制定當(dāng)中，而其技術(shù)規(guī)格將會(huì)以GDDR5為藍(lán)本——也就是說保持DDR3 8bit預(yù)取技術(shù)不變，改進(jìn)I/O控制器，個(gè)中原因相信認(rèn)真閱讀了本文的朋友們應(yīng)該知道吧。