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顯存的前世今生(終極剖析__高手階進必知).doc 39頁

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  • 上傳作者 zsw5674(上傳創作收益人)
  • 發布時間:2019-10-09
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編者按:目前CPU用的內存正在從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。或許很多朋友一時還難以接受GDDR5那夸張的頻率、不明白GDDR相比DDR發展速度為何如此“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”的關系。   如果您是一位求知欲很強的電腦愛好者,那么本文非常適合您,筆者特意搜集了大量官方技術文檔,為大家獻上內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)的發展速度之快讓人目不暇接,新產品的運算能力成倍提升,此時就對內存子系統提出了嚴峻的需求,因為CPU/GPU運算所需的數據和生成的數據都是來自于內存/顯存,如果存儲速度存取速度更準確跟不上,那么就會浪費很多時間在數據等待上面,從而影響CPU/GPU的性能發揮。 存取速度更準確   為了讓內存/顯存不至于造成瓶頸,芯片廠商都在想方設法的提高帶寬:AMD和Intel相繼將內存控制器整合在了CPU內部,大大降低了延遲并提高存儲效率,Intel旗艦級CPU能夠支持三通道內存,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。   是何原因導致業界三大巨頭如此大費周折呢?這是因為內存技術的發展速度,其實并不如大家想象中的那么快,受到很多技術難題和傳統因素的制約,本文就對內存和顯存的發展歷程及相關技術進行詳細分析。 ● 內存的存取原理及難以逾越的頻障:   在半導體科技極為發達的臺灣省,內存和顯存被統稱為記憶體(Memory),全名是動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory,DRAM)。基本原理就是利用電容內存儲電荷的多寡來代表0和1,這就是一個二進制位元(bit),內存的最小單位。 DRAM的存儲單元結構圖   DRAM的結構可謂是簡單高效,每一個bit只需要一個晶體管加一個電容。但是電容不可避免的存在漏電現象,如果電荷不足會導致數據出錯,因此電容必須被周期性的刷新(預充電),這也是DRAM的一大特點。而且電容的充放電需要一個過程,刷新頻率不可能無限提升(頻障),這就導致DRAM的頻率很容易達到上限,即便有先進工藝的支持也收效甚微。   “上古”時代的FP/EDO內存,由于半導體工藝的限制,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。事實上高頻內存的出錯率很高、穩定性也得不到保證,除了超頻跑簡單測試外并無實際應用價值。   既然存儲單元的頻率(簡稱內核頻率,也就是電容的刷新頻率名詞解釋)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I/O單元,這就誕生了DDR1/2/3、GDDR1/2/3/4/5等形形色色的內存種類,首先來詳細介紹下DDR1/2/3之間的關系及特色。 名詞解釋 通常大家所說的DDR-400、DDR2-800、DDR3-1600等,其實并非是內存的真正頻率,而是業界約定俗成的等效頻率,這些DDR1/2/3內存相當于老牌SDR內存運行在400MHz、800MHz、1600MHz時的帶寬,因此頻率看上去很夸張,其實真正的內核頻率都只有200MHz而已!   內存有三種不同的頻率指標,它們分別是核心頻率電容刷新頻率、時鐘頻率和有效數據傳輸頻率。核心頻率即為內存Cell陣列(Memory Cell Array,即內部電容)的刷新頻率,它是內存的真實運行頻率;時鐘頻率即I/O Buffer(輸入/輸出緩沖)的傳輸頻率;而有效數據傳輸頻率就是指數據傳送的頻率(即等效頻率)。 電容刷新頻率 ● SDR和DDR1/2/3全系列頻率對照表: 常見DDR內存頻率對照表   通過上表就能非常直觀的看出,近年來內存的頻率雖然在成倍增長,可實際上真正存儲單元的頻率一直在133MHz-200MHz之間徘徊,這是因為電容的刷新頻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單元頻率,實現更大的帶寬,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存儲原理示意圖:   雖然存儲單元的頻率一直都沒變,但內存顆粒的I/O頻率卻一直在增長,再加上DDR是雙倍數據傳輸,因此內存的數據傳輸率可以達到核心頻率的8倍之多!通過下面的示意圖就能略知一二:   那么,內存IO頻率為什么能達到數倍于核心頻率呢? 相信很多人都知道,DDR1/2/3內存最關鍵的技術就是分別采

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