GDDR6X Tekniske forbedringer forklaret

Den 1. september^St., 2020 Nvidia annoncerede sin helt nye RTX 3000-serie af grafikkort, som lovede hidtil uset niveau af ydeevne, ikke kun i traditionel rasteriseret gengivelse, men også i raytracing. RTX 3000-kortserien ville fortsætte med at blive nogle af de hurtigste kort på markedet, der konkurrerer med AMDs bedste tilbud i RX 6000-serien. Den Ampere-baserede GPU, der var inde i disse kort, var meget hurtig alene, men den meget overlegne ydeevne var faktisk også et resultat af en anden forbedring.

En stor del af denne præstation kom fra den hukommelse, der var ombord på disse kort. De to øverste kort i RTX 3000-serien, RTX 3080 og RTX 3090, havde en helt ny hukommelsestype, der ikke tidligere havde været brugt i grafikkort i spilkvalitet, kendt som GDDR6X. Denne nye type hukommelse lovede dobbelt båndbredde sammenlignet med den standard GDDR6, der blev fundet på RTX 2000-serien og AMD RX 6000-seriekortene. Lad os se, hvad der gør GDDR6X så speciel.

Hvad gør VRAM nøjagtigt?

Det meste af den "tunge løftning" med hensyn til grafisk behandling udføres af kernen i grafikkortet, der er kendt som GPU. GPU'en er et meget kraftigt stykke silicium, der er designet og optimeret til at behandle grafiske opgaver såsom spil. Det håndterer det meste af den behandling, der kræves for at skubbe de rammer, som din skærm viser. Men for at kunne behandle store mængder data og forberede rammerne hurtigt nok, har GPU brug for noget at arbejde på. Det er her VRAM kommer ind.

VRAM eller videohukommelse er en meget højhastighedshukommelsesformular, der er gemt på selve grafikkortet, så GPU'en har direkte adgang til den. VRAM gemmer aktiver og teksturer, der kræves af spillet, så GPU'en kan arbejde på dem, når det er nødvendigt, og forberede de rammer, der skal vises. Hvis VRAM ikke kan levere disse aktiver og andre vigtige data til GPU'en hurtigt nok, kan brugeren opleve afmatninger, stammere eller endda nedbrud. Generelt kræver højere opløsninger som 1440p og 4K med høje grafiske indstillinger mere VRAM for at styre og gemme disse aktiver af højere kvalitet, hvilket betyder, at du har brug for en højere kapacitet af VRAM, hvis du vil spille med disse indstillinger ved disse opløsninger. Samtidig har du brug for hukommelse med højere hastighed for at flytte dataene til GPU'en fra VRAM hurtigt nok. Det er her, hukommelsesteknologier som GDDR6X viser sig nyttige.

Mekanisme bag GDDR6X

Micron Technology (firmaet, der fremstiller og leverer GDDR6X-hukommelsen til Nvidia og andre partnere), udgav for nylig nogle detaljer om mekanismen bag GDDR6X-hukommelse. Dette giver os en bedre idé om, hvordan denne teknologi er i stand til at opnå de ekstremt høje båndbreddetal.

PAM4-signalering

I modsætning til typiske datastier kaldet "busser", der flytter data 1 bit ad gangen, bruger GDDR6X en teknik kaldet PAM4 (Four-Level Pulse Amplitude Modulation), som er en metode, der kan sende 1 ud af 4 diskrete effektniveauer ad gangen i stedet for af 2. Dette betyder, at GDDR6X kan flytte 2 bits ad gangen, hvilket dramatisk øger båndbredden. Micron har en historie med interessant innovation som denne, da den bragte branchens første GDDR5, GDDR5X og nu GDDR6X chips til masseproduktion. Micron var den eneste producent af GDDR5X og er nu den eksklusive producent af GDDR6X. Micron havde følgende at sige om udviklingen af ​​GDDR6X ved hjælp af PAM4:

Der er dog en begrænsning, der følger med denne spændende nye teknologi. GDDR6 har en burstlængde på 16 byte (BL16), hvilket betyder, at hver af sine to 16-bit kanaler kan levere 32 byte pr. Operation. GDDR6X har en burstlængde på 8 byte (BL8), men på grund af PAM4-signalering vil hver af dens 16-bit-kanaler også levere 32 bytes pr. Operation. Dette betyder, at GDDR6X ikke er hurtigere end GDDR6 på de samme urhastigheder. Dette betyder også, at da GDDR6X bærer dobbelt så mange signaler som GDDR6 under hver cyklus, er det også meget mere effektivt. GDDR6X er 15% mere energieffektiv end GDDR6 (7,25 pj / bit versus 7,5 pj / bit) på enhedsniveau ifølge Micron.

Tæt samarbejde med Nvidia

En stor drivkraft bag skubbet for højere båndbredde og højere hastigheder har været Nvidia selv, som har samarbejdet tæt med Micron under udviklings- og testfasen af ​​GDDR6X-hukommelsen. Nvidia er den eneste lanceringspartner til Micron, når det kommer til GDDR6X-hukommelse, hvilket betyder, at den nye hukommelsestype vil være eksklusiv for Nvidia-kort i nogen tid. Nvidia har allerede installeret den nye hukommelse på deres flagskib GeForce gaming-grafikkort; RTX 3090 og RTX 3080, som således er blevet enorme spring i båndbredde over sidste generation GDDR6.

Nvidia har også designet en helt ny hukommelsescontroller og PHY til GDDR6X, da den bruger PAM4-signalering, og ved udseendet af det er alt designet internt af Nvidia selv. GDDR6X-teknologien skulle også komme til flere kort fra Nvidia, især TITAN- og Quadro-serierne, som kunne have stor gavn af den øgede båndbredde af GDDR6X kombineret med højere kapacitet. Micron har også bekræftet, at Nvidia ikke er en eksklusiv partner for GDDR6X, og at flere virksomheder også senere får den nye hukommelsesstandard. Dette betyder, at vi kan forvente, at AMDs Radeon-kort også har en slags GDDR6X-applikation, når flere af disse kort lanceres i fremtiden.

GDDR6X med PAM4 vs HBM2

Selvom GDDR6X med sin smarte nye PAM4-teknologi stadig er dyrere at fremstille end GDDR6, er det ikke engang tæt på omkostningerne ved HBM2-fremstilling. HBM eller High Bandwidth Memory virkede virkelig som fremtiden for grafikkorthukommelsesteknologi for et par generationer siden. AMD skubbede virkelig hårdt for at bringe HBM til det almindelige marked, og de lancerede også en række virkelig overvældende GPU'er med HBM ombord. Fury og Vega-linjen med grafikkort brugte High Bandwidth Memory, men desværre var deres GPU-kerner ikke hurtige nok til at give dem nogen form for fordel i forhold til Nvidia.

Den prangende HBM2-hukommelse blev igen bragt tilbage i Radeon VII, AMDs nye avancerede grafikkort baseret på Vega-arkitekturen, men nu bygget på 7 nm-processen. HBM2 inde i Vega-kortene var ekstremt dyr at fremstille og havde lave udbytter, hvilket førte til lavt udbud og endnu lavere efterspørgsel. Radeon VII kunne ikke komme tæt på Nvidias flagskib, RTX 2080Ti, og stod over for EOL inden for et år efter lanceringen. Det meget hurtigere Nvidia-flagskib bruger standard GDDR6.

AMD selv flyttede væk fra deres HBM-bestræbelser efter en ændring i virksomhedens hierarki, og flere højtstående medlemmer blev fritaget for deres opgaver. Den nye AMD Radeon flyttede hurtigt væk fra HBM-hukommelsesbesættelse og på meget mere realistiske hukommelsesvalg som GDDR6-hukommelsen, der findes i RX 5000 og RX 6000-serien af ​​GPU'er. Det største problem med HBM2 er dets fremstilling. Processen er ekstremt kedelig og dyr, da HBM2 KGSD'er (kendte gode stablede matricer) skal samles på en halvlederfabrik og derefter placeres på en indstiller ved siden af ​​en GPU i et renrum af en anden fabrik. Dette gør produktionen meget dyrere og besværlig end GDDR6 eller endda GDDR6X, fordi GDDR6X ikke kræver stabling, og den sendes som diskrete chips, der kan loddes ned på en fabrik.

Der er dog en advarsel, der skal bemærkes her. GDDR6X-chips har brug for et meget rent og stabilt signal, hvorfor Nvidia-hukommelsescontroller på GA102 GPU, der driver hukommelseschipsene, nu sidder på en separat strømskinne. Dette sikrer, at chipsene får deres krævede rene og stabile kraft, som de har brug for for at fungere korrekt.

PAM4 for fremtiden

PAM4-signalering er en interessant og virkelig spændende ny proces, der kan finde dens applikationer inden for flere områder af pc-hardware. Mens det lige nu er begrænset til GDDR6X-applikationen på grafikkort, kan signaleringsteknikken have mange flere anvendelser i andre processer i fremtiden. Micron tror ikke, at fremtidens hukommelse er PAM 4-teknikken.

En anden interessant fremtidig anvendelse af PAM4-signalstandarden er PCIe Gen 6.0, som forventes i 2021. Den bruger PAM4-signalering til at udvinde mere effektivitet og højere datahastigheder. Da PCIe har et meget bredt adoptionsområde, bliver CPU- og ASIC-virksomheder til sidst nødt til at vedtage PAM4 og PCIe 6.0 på et eller andet tidspunkt. Måske en dag vil det også blive brugt i HBM2-hukommelse til at give uvirkelig båndbredde og hastighed, men det er bare spekulation fra vores side.

Hvor bruges GDDRX?

Selv hvis vi lægger fremtiden til side et øjeblik, bruges GDDR6X stadig i mange vigtige applikationer i dag. Nogle af de vigtige inkluderer:

• Spil: Den største og mest populære brug af GDDR6X-hukommelse er selvfølgelig inden for spil. Micron har leveret GDDR6X-modulerne til Nvidia til integration i deres helt nye RTX 3080 og RTX 3090 grafikkort. Denne hukommelse giver dem mulighed for at opnå hidtil usete tal med hensyn til hukommelsesbåndbredde og hastighed. Den første generation af GDDR6X kan opnå datatransmissionshastigheder på op til 1 TB / s. Dette kan vise sig at være yderst gavnligt med hensyn til næste generations spil.
• HPC: GDDRX-teknologien bruges i HPC eller High-Performance Computing. Det er kendetegnet ved meget parallelle beregninger, der udfører avancerede applikationsprogrammer pålideligt, effektivt og så hurtigt som muligt. Disse databehandlingsløsninger bruges af forskere, forskere, ingeniører og akademiske institutioner til at løse komplekse problemer.
• Professionel virtualisering: Brancher som sundhedspleje og medicin, professionel efterbehandling af video, økonomiske simuleringer, vejrudsigter eller olie og gas er afhængige af virkelig avancerede arbejdsstationer, der kan bruge styrken i GDDR6X-hukommelse til at strømline og optimere deres arbejdsgang. Disse højtydende arbejdsstationer er en vigtig brugstilfælde for den nye GDDR6X.
• Kunstig intelligens: GDDRX-hukommelsesteknologierne bruges i kunstig intelligens og dets derivater som Deep Learning. Disse arbejdsbelastninger bliver mere og mere vigtige såvel som udbredte, og højhastigheds computeløsninger som GDDRX kan helt sikkert hjælpe i denne henseende.

Afsluttende ord

GDDR6X er en ny type hukommelse, der er udviklet af Micron i tæt samarbejde med Nvidia. Hukommelsen bruger en ny teknologi kaldet PAM4 signalering, som er en meget innovativ arkitektonisk proces, hvor den effektive datatransmissionshastighed fordobles. Signaleringsteknikken sænker også energiforbruget og dermed gør hukommelsen mere effektiv.

Nvidia har implementeret hukommelsen i sine nye RTX 3080- og RTX 3090-kort, og dette er kun begyndelsen på GDDR6X-hukommelsens eventuelle udrulning på spilmarkedet. Hukommelsen er nemmere og billigere at fremstille end HBM2 og giver utroligt lovende resultater, så det ser ud til, at hele branchen vil vedtage denne standard før eller senere. Lige nu findes GDDRX-teknologierne i mange sektorer, herunder spil, HPC, professionel virtualisering og AI.