望穿秋水

如果說過去采用GDDR5顯存的顯卡還屈指可數(shù)的話，那么如今采用GDDR5顯存的顯卡已經呈現(xiàn)遍地開花的局面——從AMD最高端的雙核心旗艦Radeon HD 4870x2，到主流的高端型號Radeon HD 4870，再到新近上市的中高端顯卡Radeon HD 4860，甚至主流的Radeon HD 4750都采用了GDDR5顯存。下面我們就帶大家一起來認識GDDR5顯存。

一起來認識GDDR5顯存

頻率是存儲器最為顯著的特征。目前GDDR3的數(shù)據(jù)傳輸頻率最高可以達到2600MHz，相比之下，目前GDDR5可以達到5000MHz。不過這依舊不是終點，GDDR5最高數(shù)據(jù)傳輸頻率將達到6000MHz。和之前幾代GDDR顯存一樣，GDDR5也是建立在多倍數(shù)據(jù)預取技術上的產品。根據(jù)顯存發(fā)展的歷史來看，GDDRl顯存采用2bit數(shù)據(jù)預取技術，GDDR2、GDDR3和GDDR4都采用了4bit數(shù)據(jù)預取技術，GDDR5正是新一代8bit數(shù)據(jù)取技術的產物，達到了令人驚異的高性能。

優(yōu)秀的雙總線設計——高速傳輸無憂

相比GDDR3采用的4bit預取數(shù)據(jù)而言，GDDR5的優(yōu)勢在于將預取數(shù)據(jù)增加到了8bit，因此GDDR5就能夠在同樣的物理時鐘頻率下達到更高的數(shù)據(jù)傳輸速度。不僅如此，GDDR5顯存采用了雙數(shù)據(jù)總線，能夠同時在數(shù)據(jù)總線的上升和下降階段傳輸數(shù)據(jù)。同時，每條總線都獨立配備了完整的DBI，可以獨立傳輸、校驗數(shù)據(jù)，是完整的雙總線規(guī)格。以往單數(shù)據(jù)總線的GDDR2、GDDR3等顯存標稱頻率是等效工作頻率的1／2(比如標稱頻率為900MHz的GDDR3顯存，等效工作頻率為1800MHz)，而GDDR5顯存由于雙總線技術的存在，每條總線都可以在上升和下降階段傳輸數(shù)據(jù)，因此標稱頻率是等效工作頻率的1／4。以4000MHz等效工作頻率的GDDR5顯存為例，它的標稱頻率為1000MHz。由于采用了8bit的預取技術，因此它的實際物理運行頻率為125MHz。

穩(wěn)定+節(jié)能，其實很簡單——Data eye optimization數(shù)據(jù)核心優(yōu)化

對于數(shù)據(jù)的優(yōu)化是存儲器最為重要的方面，GDDR5重點采用了四項技術來保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和安全性。Data／address bit inversion，即數(shù)據(jù)／地址位反演是指在傳輸過程中，數(shù)據(jù)或者地址位內的信鼠被按照一定的規(guī)則做了反演處理。數(shù)據(jù)／地址位反演技術的作用在于有效地改善了噪音對數(shù)據(jù)信號的影響，保證了數(shù)據(jù)在傳輸和存儲過程中的穩(wěn)定性。不難看出，數(shù)據(jù)／地址位反演技術是GDDR5在傳輸中最重要的處理技術，也是降低功耗和提高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的首要法寶。

除了數(shù)據(jù)／地址位反演技術外，三項動態(tài)調節(jié)技術：a djustable driverstrengths、adiustable voltages和adjustable terminations也是GDDR5數(shù)據(jù)核心優(yōu)化的重要組成部分。它們分別針對驅動器、電壓和終止裝置進行自動調節(jié)。在傳統(tǒng)的顯存數(shù)據(jù)傳輸過程中，由于顯存并行傳輸?shù)奶匦?，對線長和外界干擾有著嚴格的規(guī)定。因此我們常常在顯存周圍看到大量的密密麻麻的終結電阻(減少反射損耗)等元件，顯卡不得不在顯存周圍采用蛇形走線來盡可能做到信號線等長。但在GDDR5上這些嚴格的要求被弱化了GDDR5自帶的調節(jié)系統(tǒng)可以在一定范圍內保證數(shù)據(jù)信號在高速運行時不出錯，甚至信號線都可以不用嚴格等長。除了更寬松的信號傳輸空間外，GDDR5對電壓和溫度的動態(tài)調節(jié)和實時監(jiān)控，也使得整個信號在傳輸過程中的安全性更高。另外，工程人員可以在BIOS中寫入設定好的調整信息，避免在PCB已經正式出樣(1ayout)之后由于信號穩(wěn)定性問題導致返工。

安全+自由，放心傳數(shù)據(jù)——Adaptive interface timing時鐘自適應技術

信號線和時鐘穩(wěn)定性是高速顯存設計中最重要的部分。GDDR5顯存擁有多達5條需要校準的時鐘信號，分別是Clock，Command Clock，ADDR、Write Clock、DATA Clock時鐘信號。在高速運行的情況下(諸如高達2GHz)，任何一點微小的差距都會帶來整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錯誤、崩潰。因此，GDDR5在時序自動校準、自適應技術上已經有了一套非常完整的方案，能夠帶來非常高的數(shù)據(jù)運行效率。

首先，GDDR5會要求地址時鐘和總線時鐘(ADDR和CK)進行對照并對齊。實際上這是在進行一次芯片的初始化，在此階段控制器可以找到最佳的相位設置。接下來就需要校準Write Clock(WCK)和基準Clock(CK#)之間的數(shù)據(jù)，這個過程被稱為“WCK-to—CK”。在這個過程中，控制器可以找出WCK和CK#之間相位的差距，是“早”還是“遲”，然后為每一個DRAM給出相應的調節(jié)數(shù)據(jù)。最后，控制器會調整數(shù)據(jù)總線(DATA和WCK)。由于數(shù)據(jù)總線DATA的頻率是WCK寫入時鐘的2倍，因此每次校準會涉及到兩個字節(jié)。GDDR5的這種校準方法，使得整個數(shù)據(jù)線環(huán)環(huán)相扣，降低了由于時鐘不同步帶來的數(shù)據(jù)錯誤或系統(tǒng)延遲，也在很大程度上降低了PCB設計的難度。由于有內部校準機制的存在，工程師們在PCB布線的一致性方面就有了更寬松的空間，這讓整個PCB的布線更為自由和寬松。

另外，更為自由的數(shù)據(jù)預取技術也讓GDDR5在圖形應用中充滿了優(yōu)勢。在圖形計算中存在大量密集而微小的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)甚至會小于GDDR5每次預取的最低數(shù)據(jù)。如果采用固定的預取值的設計方法，即每次無論數(shù)據(jù)大小(甚至使用空位)都一定要完全占據(jù)傳輸總線，無疑會耗費很多能量。因此，GDDR5允許小于預取數(shù)量的數(shù)據(jù)傳輸，即采用低預取方式。這種靈活的設計，讓GDDR5在傳輸大量小數(shù)據(jù)量運作時，功耗有明顯的降低。

糾錯+校驗，完美保傳輸——Error compensation誤差補償技術

由于電磁環(huán)境或者傳輸中溫度、電壓等復雜因素的影響，顯存在數(shù)據(jù)傳輸和存儲過程中可能會產生少量的錯誤一個簡單的顯存數(shù)據(jù)錯誤除了導致渲染失敗以外，還可能導致顯卡徹底失去響應、藍屏和系統(tǒng)崩潰等嚴重問題。因此對錯誤數(shù)據(jù)的校驗和補償，成為GDDR5瞄準的又一個重要目標。

GDDR5的數(shù)據(jù)校驗采用了CRC(Cyele Redundancy Check循環(huán)冗余校驗)方式。CRC校驗是建立在GDDR5的DATA I／O和DBI的基礎上，如果出現(xiàn)錯誤，則觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸總線，然后快速重新讀取數(shù)據(jù)，或者利用如DataMask(數(shù)據(jù)掩蔽)等功能修改數(shù)據(jù)并重新傳輸。這種校驗方式的優(yōu)勢在于能夠100％檢測出所有單、雙數(shù)據(jù)誤差。

Data Mask(數(shù)據(jù)掩蔽)是這樣一項技術：GDDR5顯存在每次讀寫數(shù)據(jù)時，并不是改寫所有的數(shù)據(jù)，大部分數(shù)據(jù)都不需要修改。因此GDDR5利用地址總線對一部分數(shù)據(jù)進行掩蔽，在T--

次數(shù)據(jù)讀寫到來時，僅僅對沒有掩蔽的數(shù)據(jù)進行更改。這樣就能在最快的時間內完成數(shù)據(jù)讀寫。

究竟有多快——GDDR5顯存性能測試

為了進一步驗證GDDR5顯存究竟能為顯卡帶來多大的性能提升，我們將通過測試得出結論。由于Radeon HD 4870和Radeon HD 4850采用的都是RV770核心，在諸如流處理器、紋理單元等主要硬件規(guī)格上都是一致的。它們的主要區(qū)別是核心頻率和搭載的顯存類型——Radeon HD 4870的核心頻率更高，搭載GDDR5顯存，顯存頻率也很高；而Radeon HD 4850的核心頻率較低，搭載GDDK3顯存，顯存頻率也較低。因此我們利用第三方軟件統(tǒng)一將Radeon HD 4870和Radeon HD4850的核心頻率調到一致，以便通過游戲測試來檢驗GDDR5顯存究竟能幫助Radeon HD 4870提升多少性能。具體的領先幅度可以通過RadeonHD 4870領先Radeon HD 4850的百分比得出。此時，Radeon HD 4870和Radeon HD 4850不同之處就是顯存頻率和顯存帶寬，前者的顯存帶寬為3600MHzx256bit÷8=115.2GB／s，后者的顯存帶寬為1986MHz×256bit÷8=63.5GB／s，幾乎相差一倍。為了不使CPU成為測試瓶頸，我們使用英特爾Core i7 920平臺。具體測試軟件使用3DMarkVantage以及主流的3D游戲。

領先幅度達到10％左右

從測試來看，搭載了GDDR5顯存的Radeon HD 4870的3D性能在3DMarkVantage的測試中領先Radeon HD 4850 8％左右，而在孤島危機等游戲的測試中，領先幅度更是達到了10％以上。值得一提的是，在高分辨率、開啟了全屏抗鋸齒后，Radeon HD 4870的高顯存帶寬優(yōu)勢進一步發(fā)揮了作用，3D性能領先Radeon HD 4850 15％以上。這也進一步說明了顯存帶寬在高分辨率、開啟全屏抗鋸齒后的重要性。

總結：GDDR5顯存或將成為主流

和GDDR3顯存相比，GDDR5顯存在數(shù)據(jù)傳輸頻率以及帶寬上有無可比擬的優(yōu)勢。更高的數(shù)據(jù)傳輸頻率，可以有效降低顯卡在數(shù)據(jù)傳輸時的瓶頸，提升顯卡性能，甚至降低PCB布線難度。如果用簡單的數(shù)據(jù)來表述的話，256bit顯存位寬的Radeon HD 4850顯卡，采用1 986MHz的GDDR3顯存，顯存帶寬為63.5GB／s；而采用GDDR5顯存的Radeon HD 4870顯卡，在256bit位寬下，Radeon HD 4870利用數(shù)據(jù)傳輸頻率高達3600MHz的GDDR5顯存，顯存帶寬輕松突破115.2GB／s，遠遠超過RadeonHD4850。

除了高數(shù)據(jù)帶寬帶來的誘惑外，GDDR5的強大性能可以讓采用128bit顯存位寬的中端顯卡煥發(fā)活力，比如Radeon HD 4770和Radeon HD 4860。它們都采用GDDR5顯存來達到以往中高端甚至高端顯卡才可企及的顯存帶寬。Radeon HD 4770在128bit顯存位寬下采用數(shù)據(jù)傳輸頻率為3600MHz的GDDR5顯存，顯存帶寬為57.6GB／s——這也是256bit位寬下1800MHzGDDR3顯存的帶寬成績。因此我們看到Radeon HD 4770甚至Radeon HD4750在大部分測試環(huán)境下的3D性能比采用256-bit／GDDR3顯存的RadeonHD 4830還要好，足見GDDR5顯存帶來的性能提升。同時，更低的顯存位寬會讓顯存布線更容易，降低了PCB設計的難度，甚至僅僅需要四層PCB就可以完成制造——這無疑對降低顯卡整體售價和提升產品競爭力有明顯幫助。

另一方面，GDDR5顯存還有不錯的超頻性能。以主流的奇夢達“-40X”GDDR5顯存為例，它的額定頻率為4000MHz。但在不少環(huán)境中，它可以被超頻至4800MHz，超頻幅度達到了20％。

不過，我們也必須清醒地意識到高顯存帶寬對顯卡3D性能的影響是有限的。例如本文Radeon HD 4870和Radeon HD 4850的測試，前者的顯存帶寬幾乎是后者的一倍，但最終帶來的性能提升也只有15％左右。可以這么認為，高顯存帶寬是讓顯卡3D性能更上一層樓的助推劑，但如果要讓3D性能翻番，仍然需要借助全新的GPU和更先進的核心架構。