Объяснение технических улучшений GDDR6X – Appuals.com

1 сентября 2020 года Nvidia анонсировала новую серию видеокарт RTX 3000, обещавшую беспрецедентные уровни производительности не только при традиционном растеризованном рендеринге, но и при трассировке лучей. Карты серии RTX 3000 станут одними из самых быстрых карт на рынке, конкурируя с лучшими предложениями AMD в серии RX 6000. Графический процессор на базе Ampere, который находился внутри этих карт, сам по себе был достаточно быстрым, но значительно более высокая производительность на самом деле была также результатом другого улучшения.

GDDR6X обещает обеспечить беспрецедентный уровень пропускной способности и скорости – Изображение: Micron Technology

Большая часть этой производительности была обеспечена памятью, которая была на этих картах. Две верхние карты серии RTX 3000, RTX 3080 и RTX 3090, обладали совершенно новым типом памяти, который ранее не использовался в видеокартах игрового уровня, известный как GDDR6X. Этот новый тип памяти обещал вдвое большую пропускную способность по сравнению со стандартной GDDR6, которая была найдена в картах серии RTX 2000 и AMD RX 6000. Давайте посмотрим, что делает GDDR6X такой особенной.

Что именно делает VRAM?

Большая часть «тяжелой работы» с точки зрения графической обработки выполняется ядром видеокарты, известным как GPU. Графический процессор – это очень мощный кристалл, разработанный и оптимизированный для обработки графических задач, таких как игры. Он выполняет большую часть обработки, необходимой для того, чтобы выдвинуть кадры, отображаемые на вашем мониторе. Но для того, чтобы обрабатывать большие объемы данных и достаточно быстро готовить кадры, графическому процессору нужно над чем поработать. Здесь на помощь приходит VRAM.

VRAM или видеопамять – это форма высокоскоростной памяти, которая хранится на самой видеокарте, так что графический процессор имеет к ней прямой доступ. VRAM хранит ресурсы и текстуры, необходимые для игры, чтобы графический процессор мог работать с ними, когда это необходимо, и готовить кадры, которые необходимо отобразить. Если VRAM не может доставить эти ресурсы и другие важные данные в графический процессор достаточно быстро, пользователь может столкнуться с замедлением, заиканием или даже сбоем. Как правило, более высокие разрешения, такие как 1440p и 4K с высокими графическими настройками, требуют большего количества VRAM для управления и хранения этих высококачественных ресурсов, а это означает, что вам потребуется более высокая емкость VRAM, если вы хотите играть с этими настройками и этими разрешениями. В то же время вам нужна более высокоскоростная память, чтобы достаточно быстро перемещать данные в графический процессор из VRAM. Здесь могут оказаться полезными такие технологии памяти, как GDDR6X.

Механизм GDDR6X

Micron Technology (компания, которая производит и поставляет память GDDR6X для Nvidia и других партнеров) недавно опубликовала некоторые подробности о механизме, лежащем в основе памяти GDDR6X. Это дает нам лучшее представление о том, как эта технология может достигать чрезвычайно высоких значений пропускной способности.

Сигнализация PAM4

В отличие от типичных каналов передачи данных, называемых «шинами», которые перемещают данные по 1 биту за раз, GDDR6X использует метод, называемый PAM4 (четырехуровневая амплитудно-импульсная модуляция), который представляет собой метод, который может отправлять 1 из 4 дискретных уровней мощности одновременно из 2. Это означает, что GDDR6X может перемещать 2 бита за раз, что значительно увеличивает пропускную способность. У Micron есть история таких интересных инноваций, как эта, поскольку она принесла в массовое производство первые в отрасли чипы GDDR5, GDDR5X, а теперь и GDDR6X. Micron был единственным производителем GDDR5X и теперь является эксклюзивным производителем GDDR6X. Micron сказал следующее о разработке GDDR6X с использованием PAM4:

«В Micron мы попросили ученых изучить, как использовать PAM4 в памяти еще с 2006 года, – сказал Ральф Эберт, директор Micron графического сегмента. «Я намеренно сказал« ученые », потому что проводил различие между разработчиками и учеными. Эти ребята действительно заложили основу новаторства. Они в основном взяли эту технологию PAM4 и попытались выяснить, как мы можем использовать ее в DRAM. Ученым пришлось работать бок о бок с разработчиками GDDR, парнями, подписавшими чип », – сказал Эберт. «Они также очень тесно сотрудничали с системными инженерами и инженерами по продуктам, которые понимают проблемы с точки зрения системного и массового производства».

Однако есть ограничение, связанное с этой захватывающей новой технологией. GDDR6 имеет длину пакета 16 байтов (BL16), что означает, что каждый из двух его 16-битных каналов может доставлять 32 байта за операцию. GDDR6X имеет длину пакета 8 байтов (BL8), но из-за сигнализации PAM4 каждый из его 16-битных каналов также доставляет 32 байта за операцию. Это означает, что GDDR6X не быстрее GDDR6 на тех же тактовых частотах. Это также означает, что, поскольку GDDR6X передает в два раза больше сигналов, чем GDDR6 в течение каждого цикла, он также намного более эффективен. Согласно Micron, GDDR6X на 15% более энергоэффективен, чем GDDR6 (7,25 пДж / бит против 7,5 пДж / бит) на уровне устройств.

Сигнализация PAM4 – это революционный метод в технологии памяти – Изображение: Micron Technology

Тесное сотрудничество с Nvidia

Большой движущей силой стремления к более высокой пропускной способности и более высокой скорости была сама Nvidia, которая тесно сотрудничала с Micron на этапах разработки и тестирования памяти GDDR6X. Nvidia является единственным партнером Micron по выпуску памяти GDDR6X, а это означает, что новый тип памяти будет использоваться только для карт Nvidia в течение некоторого времени. Nvidia уже установила новую память на свои флагманские игровые видеокарты GeForce; RTX 3090 и RTX 3080, которые, таким образом, значительно увеличили пропускную способность по сравнению с GDDR6 последнего поколения.

Полные спецификации памяти GDDR6X – Изображение: Micron Technology

Nvidia также разработала совершенно новый контроллер памяти и PHY для GDDR6X, поскольку он использует сигнализацию PAM4, и, судя по всему, все было разработано самой Nvidia. Технология GDDR6X также должна появиться на большем количестве карт от Nvidia, особенно в сериях TITAN и Quadro, которые могут значительно выиграть от увеличенной пропускной способности GDDR6X в сочетании с более высокой емкостью. Micron также подтвердила, что Nvidia не является эксклюзивным партнером GDDR6X и что позже новый стандарт памяти будет получать больше компаний. Это означает, что мы можем ожидать, что карты AMD Radeon также будут иметь какое-то приложение GDDR6X, когда в будущем будет выпущено больше таких карт.

GDDR6X с PAM4 против HBM2

Хотя GDDR6X с ее новой причудливой технологией PAM4 по-прежнему дороже в производстве, чем GDDR6, она даже не приближается к стоимости производства HBM2. HBM, или память с высокой пропускной способностью, действительно казалась будущим технологий памяти для видеокарт пару поколений назад. AMD очень старалась вывести HBM на массовый рынок, и они также выпустили серию действительно впечатляющих графических процессоров со встроенным HBM. Линейки видеокарт Fury и Vega использовали память с высокой пропускной способностью, но, к сожалению, их ядра графического процессора были недостаточно быстрыми, чтобы дать им какое-либо преимущество перед Nvidia.

Яркая память HBM2 снова была возвращена в Radeon VII, новую высокопроизводительную видеокарту AMD, основанную на архитектуре Vega, но теперь построенную по 7-нм техпроцессу. HBM2 внутри карт Vega был чрезвычайно дорогим в производстве и имел низкую доходность, что приводило к низкому предложению и даже снижению спроса. Radeon VII не смогла приблизиться к флагману Nvidia, RTX 2080Ti, и столкнулась с EOL в течение года после его запуска. Гораздо более быстрый флагман Nvidia использует стандарт GDDR6.

Сама AMD отказалась от своих начинаний с HBM после изменения иерархии компании, и несколько высокопоставленных членов были освобождены от своих обязанностей. Новая AMD Radeon быстро отошла от одержимости памятью HBM и выбрала гораздо более реалистичные варианты памяти, такие как память GDDR6, которая есть в графических процессорах серий RX 5000 и RX 6000. Основная проблема HBM2 – это его изготовление. Процесс чрезвычайно утомительный и дорогостоящий, поскольку блоки HBM2 KGSD (заведомо исправные многослойные кристаллы) должны быть собраны на полупроводниковой фабрике, а затем размещены на промежуточном устройстве рядом с графическим процессором в чистом помещении другой фабрики. Это делает производство намного более дорогим и трудоемким, чем GDDR6 или даже GDDR6X, потому что GDDR6X не требует штабелирования и поставляется в виде дискретных микросхем, которые можно припаять на заводе.

GDDR6X обеспечивает лучшие в отрасли уровни пропускной способности – Изображение: Micron Technology

Однако здесь следует отметить одну оговорку. Чипам GDDR6X нужен очень чистый и стабильный сигнал, поэтому контроллер памяти Nvidia на графическом процессоре GA102, который питает микросхемы памяти, теперь находится на отдельной шине питания. Это гарантирует, что микросхемы будут получать необходимое чистое и стабильное питание, необходимое для правильной работы.

PAM4 для будущего

Передача сигналов PAM4 – это интересный и действительно захватывающий новый процесс, который может найти свое применение в нескольких областях аппаратного обеспечения ПК. Хотя сейчас он ограничен приложением GDDR6X на видеокартах, техника сигнализации может найти гораздо больше применений в других процессах в будущем. Micron действительно верит, что будущее памяти – это технология PAM 4.

«Итак, GDDR6X – это то место, где мы представили PAM4, и мы определенно видим это в будущем», – сказал директор Micron по графической памяти. «Потенциально PAM4 можно использовать в других стандартах памяти. Вполне возможно или вероятно, что этот тип технологии будет использоваться корпорациями с центральными процессорами или другими нашими процессорами ».

Еще одним интересным будущим применением стандарта сигнализации PAM4 является PCIe Gen 6.0, который должен появиться в 2021 году. Он использует сигнализацию PAM4 для повышения эффективности и более высоких скоростей передачи данных. Поскольку PCIe имеет очень широкий спектр применения, производителям процессоров и ASIC в какой-то момент придется в конечном итоге принять PAM4 и PCIe 6.0. Возможно, когда-нибудь он также будет использоваться в памяти HBM2 для обеспечения нереальной пропускной способности и скорости, но с нашей стороны это только предположения.

Где используется GDDRX?

Даже если отложить будущее на секунду, GDDR6X все еще используется во многих важных приложениях сегодня. Некоторые из важных включают:

• Игры: Самая большая и самая популярная область использования памяти GDDR6X – это, конечно, игры. Micron предоставила Nvidia модули GDDR6X для интеграции в их новые видеокарты RTX 3080 и RTX 3090. Эта память позволит им достичь беспрецедентных показателей с точки зрения пропускной способности и скорости памяти. Первое поколение GDDR6X может достигать скорости передачи данных до 1 ТБ / с. Это может оказаться чрезвычайно полезным с точки зрения игр следующего поколения.
• HPC: технология GDDRX используется в высокопроизводительных вычислениях или высокопроизводительных вычислениях. Он характеризуется высокопараллельными вычислениями, позволяющими надежно, эффективно и максимально быстро выполнять сложные прикладные программы. Эти вычислительные решения используются учеными, исследователями, инженерами и академическими учреждениями для решения сложных задач.
• Профессиональная виртуализация: такие отрасли, как здравоохранение и медицина, профессиональная постобработка видео, финансовое моделирование, прогнозирование погоды или нефть и газ, полагаются на действительно высокопроизводительные рабочие станции, которые могут использовать мощность памяти GDDR6X для оптимизации и оптимизации своего рабочего процесса. Эти высокопроизводительные рабочие станции являются ключевым вариантом использования новой GDDR6X.
• Искусственный интеллект: технологии памяти GDDRX используются в искусственном интеллекте и его производных, таких как глубокое обучение. Эти рабочие нагрузки становятся все более важными, а также распространенными, и решения для высокоскоростных вычислений, такие как GDDRX, определенно могут помочь в этом отношении.

GDDR6X найдет свое применение во многих других областях промышленности – имидж; Микронная технология

Заключительные слова

GDDR6X – это новый тип памяти, разработанный Micron в тесном сотрудничестве с Nvidia. В памяти используется новая технология, называемая сигнализацией PAM4, которая представляет собой очень инновационный архитектурный процесс, в котором эффективная скорость передачи данных удваивается. Техника сигнализации также снижает потребление энергии и, таким образом, делает память более эффективной.

Nvidia внедрила память в свои новые карты RTX 3080 и RTX 3090, и это только начало возможного выхода памяти GDDR6X на игровой рынок. Память проще и дешевле в производстве, чем HBM2, и дает чрезвычайно многообещающие результаты, поэтому кажется, что вся отрасль рано или поздно примет этот стандарт. Прямо сейчас технологии GDDRX используются во многих секторах, включая игры, высокопроизводительные вычисления, профессиональную виртуализацию и искусственный интеллект.