顯存發(fā)展的新趨勢

　顯存發(fā)展的新趨勢

前言
　　隨著人們對現(xiàn)代臺式機和筆記本電腦的處理器和系統(tǒng)內(nèi)存的要求日益嚴(yán)格，對圖形控制器和顯存的性能要求也越來越高。在這種發(fā)展趨勢下，系統(tǒng)內(nèi)存從DDR1（雙數(shù)據(jù)率）SDRAM升級到了DDR2 SDRAM。在顯存領(lǐng)域，也在進行同樣的升級換代——在高端領(lǐng)域，GDDR1向GDDR3轉(zhuǎn)換幾近完成，GDDR3繼承了GDDR2中實現(xiàn)的新功能；在主流顯存領(lǐng)域，x16DDR1正在向x16DDR2轉(zhuǎn)換。與GDDR1相比，新的GDDR3圖形標(biāo)準(zhǔn)大幅提升了系統(tǒng)的圖形性能，可滿足高端獨立式圖形系統(tǒng)市場的需求。

　　由于工藝改進，DDR SDRAM的時鐘頻率不斷提高。當(dāng)前端總線為800MHz的處理器和雙通道內(nèi)存架構(gòu)剛剛問世之時，非緩沖型DDR400 DIMM模塊成為了高性能臺式機的標(biāo)準(zhǔn)配置。PC系統(tǒng)內(nèi)存的下一代同步DRAM被稱為DDR2，它在DDR標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了大量改進，顯著增強了系統(tǒng)內(nèi)存性能。伴隨著這種演進，顯存的性能和架構(gòu)也在不斷改進，而GDDR3（圖形DDR 3）的推出更是將目光瞄準(zhǔn)了標(biāo)志性的1 GHz。
　　GDDR3－－工作頻率高達1 GHz
　　與系統(tǒng)內(nèi)存不同，顯存必須通過快速點到點運算來支持大量像素處理和顯示。因此，時鐘頻率或帶寬至關(guān)重要。自英飛凌公司推出顯存DDR技術(shù)以來，目前GDDR1顯存在圖形市場大有一統(tǒng)天下之勢，而GDDR2則少人問津。GDDR1顯存的時鐘頻率一般在300 MHz至500 MHz左右。如今，GDDR3使時鐘頻率從500 MHz躍升至800 MHz左右，甚至更快。例如，如果系統(tǒng)內(nèi)存總線為256位，那么，借助800MHz GDDR3顯存，可以實現(xiàn)51.2GBps的內(nèi)存帶寬。
　　從根本上講，GDDR3與面向系統(tǒng)內(nèi)存的DDR2標(biāo)準(zhǔn)十分類似，不過它為高時鐘頻率進行了優(yōu)化。GDDR3顯存和GDDR1顯存之間的主要區(qū)別是：工作電壓從2.5伏降至1.8伏；芯片上信號端接（片上端接）；動態(tài)可控阻抗輸出驅(qū)動；4位預(yù)??；單向單端數(shù)據(jù)選通。這些功能可帶來更高時鐘頻率、更出色的信號完整性和更低功耗。將電源電壓從2.5 V降至1.8 V實現(xiàn)了功耗降低，但不會降低頻率，或者可以更高頻率的運行而不會增加功耗。得益于這些改進，如今GDDR3顯存能夠?qū)崿F(xiàn)比原來高得多的時鐘頻率。
　　在更高的傳輸頻率下，信號線路必須利用一定的阻抗進行端接，以防止能量反射導(dǎo)致信號干擾。GDDR1采用的是板載端接，而GDDR3的片上端接則是直接在內(nèi)存芯片上實現(xiàn)的。
　　支持可靠的高速信號點到點傳輸?shù)牧硪粋€重要功能特征是阻抗適當(dāng)?shù)腣DDQ端接。GDDR3的I/O接口采用了偽開漏邏輯設(shè)計，總線分別端接至兩端：位于信號源的動態(tài)可控的40歐姆阻抗驅(qū)動，和位于信號目的端的片上端接（60歐姆）。

　　發(fā)展史
　　歸功于其特別適用于圖形應(yīng)用的特殊功能（如寄存器），早期的顯存就已大大優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)RAM。然而，隨著顯存的發(fā)展，一代又一代新的顯存對這些特殊特性的利用卻越來越少，顯存變得與標(biāo)準(zhǔn)RAM十分接近。不過，對更高時鐘頻率的關(guān)注仍日益增加。
　　2001年，英飛凌科技公司發(fā)布了面向功能強大的三維圖形應(yīng)用的128Mb DDR－SGRAM（同步圖形RAM）模塊。之前，英飛凌公司已成功地推出了首款DDR顯存－－32Mb DDR-SGRAM，顯著提高了三維圖形應(yīng)用的圖像品質(zhì)。這個128Mb SGRAM的結(jié)構(gòu)為4M x 32，是適用于32位、64位和128位總線應(yīng)用的理想顯存。
　　該模塊也是首款采用符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的球柵陣列（BGA）封裝的顯存，支持的時鐘頻率高達300 MHz。采用BGA封裝的顯存占用的板上空間不足TSOP或TQFP封裝顯存所需空間的一半。此外，BGA封裝還具備更佳散熱及電氣性能。
　　
　　集成顯卡和獨立顯卡
　　比如最新計算機游戲（擁有復(fù)雜場景和栩栩如生環(huán)境及造型）這樣的圖形應(yīng)用，為頂級處理器性能和高速顯存設(shè)立了基準(zhǔn)，同時也為此開發(fā)出了專用圖形處理器和顯存。它們不僅能夠完全應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，而且卸載了CPU和/或系統(tǒng)內(nèi)存的部分負(fù)荷。總的來講，圖形系統(tǒng)可以分為兩類：集成式和獨立式。就集成式圖形系統(tǒng)而言，圖形處理器集成到了臺式機或筆記本電腦的主板上，并共用系統(tǒng)內(nèi)存。當(dāng)然，這就意味著圖形控制器會受到系統(tǒng)內(nèi)存帶寬的限制。圖形數(shù)據(jù)需要從主板輸出至顯示器。
　　在獨立式圖形系統(tǒng)中，圖形控制器擁有專用顯存，直接向顯示器輸出，并在獨立的板卡上擁有單獨的邏輯電路（圖形卡也可用于升級PC）。獨立式圖形系統(tǒng)通過一個高速總線（AGP：圖形加速端口）連接至主板。AGP總線可以533 MHz的速率提供一個32位接口，從而可實現(xiàn)每秒2GBps的數(shù)據(jù)率。新的PCI Express接口標(biāo)準(zhǔn)甚至可以實現(xiàn)最高達8GBps的數(shù)據(jù)率。在獨立式架構(gòu)下，圖形系統(tǒng)獨立于系統(tǒng)內(nèi)存，可以為訪問專用顯存提供更高帶寬。
　　顯存的性能主要取決于幀緩沖器的大小和數(shù)據(jù)帶寬。iSupply公司的市場分析師按性能（以及相應(yīng)的價格）將顯存分為如下幾級：發(fā)燒友級/高性能級、主流級和經(jīng)濟型。實時計算運動中的三維場景所需的全部信息（如紋理詳情或模型坐標(biāo)）均暫時保存在幀緩沖器中。因此，圖形系統(tǒng)的幀緩沖器的大小和速率對圖形應(yīng)用的分辨率、顏色數(shù)量和流暢的播放效果有著至關(guān)重要的影響。通常，經(jīng)濟型圖形系統(tǒng)的幀緩沖為64 MB，而當(dāng)今的高端圖形系統(tǒng)的幀緩沖能達到256 MB。在內(nèi)存帶寬方面，不同級別的圖形系統(tǒng)之間的差距則更加明顯。目前，經(jīng)濟型系統(tǒng)可為圖形控制器和幀緩沖器提供3.2GBps帶寬（64位總線帶寬；200 MHz內(nèi)存時鐘頻率），而高端圖形系統(tǒng)則可實現(xiàn)十倍于其的帶寬：32GBps帶寬（256位總線帶寬；500 MHz內(nèi)存時鐘頻率）。顯然，根據(jù)性能要求，圖形系統(tǒng)需要不同類型的顯存。高端圖形系統(tǒng)（發(fā)燒友級和主流高端產(chǎn)品）需要大量顯存、較寬接口（x 32位結(jié)構(gòu)）和更高工作頻率（> 500 MHz）。另一方面，經(jīng)濟型系統(tǒng)則要盡量降低成本。所以，經(jīng)濟型產(chǎn)品往往采用更小、速度更慢的內(nèi)存和較窄的接口（x 16位結(jié)構(gòu)）。