Vysvetlenie technických vylepšení GDDR6X

1. septembra^sv„2020 Nvidia oznámila svoju úplne novú sériu grafických kariet RTX 3000, ktorá sľubovala nebývalú úroveň výkonu nielen v tradičnom rastrovanom vykreslení, ale aj v raytracingu. Séria kariet RTX 3000 sa stala jednou z najrýchlejších kariet na trhu, ktorá konkuruje špičkovým ponukám AMD v sérii RX 6000. GPU založené na ampéroch, ktoré bolo vo vnútri týchto kariet, bolo samo o sebe dosť rýchle, ale vynikajúci výkon bol v skutočnosti výsledkom aj ďalšieho vylepšenia.

GDDR6X sľubuje prinesenie bezprecedentnej úrovne šírky pásma a rýchlosti - Obrázok: Micron Technology

Veľkú časť tohto výkonu tvorila pamäť, ktorá bola na palube týchto kariet. Najlepšie dve karty série RTX 3000, RTX 3080 a RTX 3090, majú úplne nový typ pamäte, ktorý sa predtým nepoužíval v grafických kartách hernej kvality, známy ako GDDR6X. Tento nový typ pamäte sľuboval dvojnásobnú šírku pásma v porovnaní so štandardnou kartou GDDR6, ktorá sa nachádzala na kartách série RTX 2000 a AMD RX 6000. Pozrime sa, čo robí GDDR6X tak výnimočnými.

Čo presne robí VRAM?

Väčšinu „ťažkého zdvíhania“, čo sa týka grafického spracovania, robí jadro grafickej karty, ktoré je známe ako GPU. GPU je veľmi výkonný kus kremíka, ktorý je navrhnutý a optimalizovaný na spracovanie grafických úloh, ako sú hry. Zvláda väčšinu spracovania, ktoré je potrebné na posunutie rámcov, ktoré zobrazuje váš monitor. Ale aby bolo možné spracovať veľké množstvo dát a pripraviť rámce dostatočne rýchlo, potrebuje GPU na čom pracovať. Tu prichádza na rad VRAM.

Pamäť VRAM alebo Video Memory je veľmi rýchla pamäťová forma, ktorá je uložená na samotnej grafickej karte, takže k nej má priamy prístup GPU. Pamäť VRAM ukladá prvky a textúry, ktoré sú od hry vyžadované, aby na nich mohol grafický procesor v prípade potreby pracovať a pripraviť snímky, ktoré je potrebné zobraziť. Ak pamäť VRAM nedokáže dodať tieto prostriedky a ďalšie dôležité údaje na GPU dostatočne rýchlo, môže dôjsť k spomaleniu, koktaniu alebo dokonca k zlyhaniu používateľa. Vyššie rozlíšenia ako 1440p a 4K s vysokými grafickými nastaveniami všeobecne vyžadujú viac VRAM na správu a ukladanie týchto kvalitnejších prvkov, čo znamená, že ak chcete hrať na týchto nastaveniach pri týchto rozlíšeniach, potrebujete vyššiu kapacitu VRAM. Zároveň potrebujete pamäť s vyššou rýchlosťou, aby ste mohli dostatočne rýchlo presunúť údaje z grafickej karty VRAM do grafického procesora. Tu sa osvedčili pamäťové technológie ako GDDR6X.

Mechanizmus za GDDR6X

Spoločnosť Micron Technology (spoločnosť, ktorá vyrába a dodáva pamäť GDDR6X pre Nvidia a ďalších partnerov) nedávno zverejnila niekoľko podrobností o mechanizme, ktorý stojí za pamäťou GDDR6X. To nám dáva lepšiu predstavu o tom, ako je táto technológia schopná dosiahnuť extrémne vysoké čísla šírky pásma.

Signalizácia PAM4

Na rozdiel od typických dátových ciest nazývaných „zbernice“, ktoré prenášajú údaje po 1 bitoch, GDDR6X využíva techniku ​​nazývanú PAM4 (štvorúrovňová pulzná amplitúdová modulácia), čo je metóda, ktorá namiesto toho môže vysielať 1 zo 4 samostatných úrovní výkonu. z 2. To znamená, že GDDR6X dokáže presunúť 2 bity naraz, čo dramaticky zvyšuje šírku pásma. Spoločnosť Micron má históriu zaujímavých inovácií, ako je táto, pretože do sériovej výroby priniesla prvé čipy GDDR5, GDDR5X a teraz GDDR6X. Micron bol jediným výrobcom GDDR5X a teraz je výhradným výrobcom GDDR6X. Spoločnosť Micron k vývoju GDDR6X pomocou PAM4 povedala nasledujúce:

„V spoločnosti Micron sme sa nechali vedcami zaoberať otázkou, ako využiť PAM4 v pamäti už od roku 2006,“ uviedol Ralf Ebert, riaditeľ grafického segmentu spoločnosti Micron. 'Zámerne som povedal vedcom, pretože by som rozlišoval medzi vývojármi a vedcami.' To boli ľudia, ktorí skutočne pripravovali základy pre inováciu. V podstate vzali túto technológiu PAM4 a pokúsili sa prísť na to, ako ju môžeme použiť v DRAM. Vedci museli spolupracovať bok po boku s vývojármi GDDR, ľuďmi, ktorí podpísali čip, “uviedol Ebert. „Veľmi úzko spolupracovali aj so systémovými a produktovými inžiniermi, ktorí rozumejú výzvam z hľadiska systému a hromadnej výroby.“

S touto vzrušujúcou novou technológiou však prichádza určité obmedzenie. GDDR6 má zhlukovú dĺžku 16 bajtov (BL16), čo znamená, že každý z jej dvoch 16-bitových kanálov môže dodať 32 bajtov na operáciu. GDDR6X má dĺžku série 8 bajtov (BL8), ale kvôli signalizácii PAM4 bude každý z jej 16-bitových kanálov tiež poskytovať 32 bajtov na operáciu. To znamená, že GDDR6X nie je rýchlejší ako GDDR6 pri rovnakých frekvenciách hodín. To tiež znamená, že pretože GDDR6X prenáša dvakrát viac signálov ako GDDR6 počas každého cyklu, je tiež oveľa efektívnejší. GDDR6X je o 15% energeticky efektívnejší ako GDDR6 (7,25 pj / bit proti 7,5 pj / bit) na úrovni zariadenia, tvrdí Micron.

Signalizácia PAM4 je revolučná technika v oblasti pamäťových technológií - Obrázok: Micron Technology

Úzka spolupráca s Nvidia

Veľkou hnacou silou v pozadí tlaku na vyššiu šírku pásma a vyššie rýchlosti bola samotná Nvidia, ktorá úzko spolupracovala so spoločnosťou Micron počas fázy vývoja a testovania pamäte GDDR6X. Nvidia je jediným spúšťacím partnerom spoločnosti Micron, pokiaľ ide o pamäť GDDR6X, čo znamená, že nový typ pamäte bude na určitý čas exkluzívny pre karty Nvidia. Nvidia už nainštalovala novú pamäť na svoje vlajkové herné grafické karty GeForce; RTX 3090 a RTX 3080, ktoré sa tak dostali obrovské skoky v šírke pásma oproti poslednej generácii GDDR6.

Kompletná špecifikácia pamäte GDDR6X - Obrázok: Micron Technology

Nvidia tiež navrhla úplne nový radič pamäte a PHY pre GDDR6X, pretože využíva signalizáciu PAM4, a podľa vzhľadu všetko navrhla interne samotná Nvidia. Technológia GDDR6X by mala prísť aj na ďalšie karty od spoločnosti Nvidia, najmä série TITAN a Quadro, ktoré by mohli výrazne ťažiť zo zvýšenej šírky pásma GDDR6X spojenej s vyššími kapacitami. Spoločnosť Micron tiež potvrdila, že Nvidia nie je výhradným partnerom pre GDDR6X a že nový štandard pamäte by neskôr dostalo aj viac spoločností. To znamená, že môžeme očakávať, že karty AMD Radeon budú mať v budúcnosti tiež nejaké aplikácie GDDR6X.

GDDR6X s PAM4 vs HBM2

Aj keď je výroba GDDR6X s jeho vymyslenou novou technológiou PAM4 stále nákladnejšia ako výroba GDDR6, nie je to ani zďaleka tak, ako náklady na výrobu HBM2. Pamäť HBM alebo High Bandwidth Memory sa pred pár generáciami skutočne javila ako budúcnosť technológie pamätí grafických kariet. Spoločnosť AMD skutočne tlačila na to, aby priniesla HBM na hlavný trh, a uviedla na trh aj sériu skutočne ohromujúcich grafických procesorov s integrovanou verziou HBM. Rada grafických kariet Fury a Vega používala pamäť s vysokou šírkou pásma, ale bohužiaľ ich jadrá GPU neboli dosť rýchle na to, aby im poskytli akúkoľvek výhodu oproti Nvidii.

Honosná pamäť HBM2 bola opäť prinesená späť do Radeon VII, novej špičkovej grafickej karty AMD založenej na architektúre Vega, ktorá je teraz postavená na 7 nm procese. Výroba HBM2 vo vnútri kariet Vega bola mimoriadne nákladná a mala nízke výťažky, čo viedlo k nízkej ponuke a ešte nižšiemu dopytu. Radeon VII sa nemohol priblížiť k vlajkovej lodi spoločnosti Nvidia, RTX 2080Ti, a do roka od svojho uvedenia čelil EOL. Oveľa rýchlejšia vlajková loď Nvidia využíva štandardné GDDR6.

Samotná AMD sa vzdala svojich snáh HBM po zmene hierarchie spoločnosti a niekoľko vysokých členov bolo zbavených svojich povinností. Nový AMD Radeon sa rýchlo presunul z posadnutosti pamäťou HBM a prešiel k oveľa realistickejším možnostiam pamäte, ako je napríklad pamäť GDDR6, ktorá sa nachádza v modeloch RX 5000 a Rad grafických kariet RX 6000 . Hlavným problémom HBM2 je jeho výroba. Tento proces je mimoriadne zdĺhavý a nákladný, pretože HBM2 KGSD (známe dobré stohovacie lisovnice) musia byť zostavené v polovodičovej továrni a potom umiestnené na medzikus vedľa GPU v čistej miestnosti iného závodu. To robí výrobu oveľa nákladnejšou a namáhavejšou ako GDDR6 alebo dokonca GDDR6X, pretože GDDR6X nevyžaduje stohovanie a dodáva sa ako samostatné čipy, ktoré je možné v továrni spájkovať.

GDDR6X poskytuje špičkové úrovne šírky pásma - Obrázok: Micron Technology

Tu je však potrebné poznamenať jednu výhradu. Čipy GDDR6X potrebujú veľmi čistý a stabilný signál, a preto je pamäťový radič Nvidia na GPU GA102, ktorý napája pamäťové čipy, teraz umiestnený na samostatnej napájacej lište. To zaisťuje, že čipy dostávajú požadovaný čistý a stabilný výkon, ktorý potrebujú na správne fungovanie.

PAM4 pre budúcnosť

Signalizácia PAM4 je zaujímavý a skutočne vzrušujúci nový proces, ktorý dokáže nájsť svoje uplatnenie v niekoľkých oblastiach hardvéru PC. Aj keď je to momentálne obmedzené na aplikáciu GDDR6X v grafických kartách, signalizačná technika môže mať v budúcnosti oveľa viac využití v iných procesoch. Micron verí, že budúcnosť pamäte je technika PAM 4.

'Takže GDDR6X je miesto, kde sme predstavili PAM4, a určite vidíme, že sa to posúva vpred,' uviedol riaditeľ grafickej pamäte spoločnosti Micron. „Potenciálne možno PAM4 použiť v iných pamäťových štandardoch. Je možné alebo pravdepodobné, že tento typ technológie zvyknú používať spoločnosti s CPU alebo inými procesormi. “

Ďalšou zaujímavou budúcou aplikáciou signalizačného štandardu PAM4 je PCIe Gen 6.0, ktorá sa má začať používať v roku 2021. Využíva signalizáciu PAM4 na získanie vyššej efektívnosti a vyšších dátových rýchlostí. Pretože PCIe má veľmi široký rozsah adopcií, spoločnosti s CPU a ASIC budú musieť v určitom okamihu časom prijať PAM4 a PCIe 6.0. Možno sa niekedy použije aj v pamäti HBM2, aby poskytla neskutočnú šírku pásma a rýchlosť, ale to je z našej strany iba špekulácia.

Kde sa používa GDDRX?

Aj keď budúcnosť na chvíľu odložíme, GDDR6X sa dnes stále používa v mnohých dôležitých aplikáciách. Medzi dôležité patria:

• Hranie: Najväčšie a najpopulárnejšie využitie pamäte GDDR6X je samozrejme v hrách. Spoločnosť Micron poskytla spoločnosti Nvidia moduly GDDR6X na integráciu do svojich úplne nových grafických kariet RTX 3080 a RTX 3090. Táto pamäť im umožní dosiahnuť nevídané čísla z hľadiska šírky pásma a rýchlosti pamäte. Prvá generácia GDDR6X môže dosiahnuť rýchlosť prenosu dát až 1 TB / s. To sa môže ukázať ako mimoriadne výhodné z hľadiska hrania novej generácie.
• HPC: Technológia GDDRX sa používa v HPC alebo High-Performance Computing. Vyznačuje sa vysoko paralelnými výpočtami, ktoré spoľahlivo, efektívne a čo najrýchlejšie vykonávajú pokročilé aplikačné programy. Tieto výpočtové riešenia používajú vedci, výskumníci, inžinieri a akademické inštitúcie na riešenie zložitých problémov.
• Profesionálna virtualizácia: Odvetvia ako zdravotníctvo a medicína, profesionálne následné spracovanie videa, finančné simulácie, predpovede počasia alebo ropa a plyn sa spoliehajú na skutočne špičkové pracovné stanice, ktoré dokážu využiť výkon pamäte GDDR6X na zefektívnenie a optimalizáciu svojho pracovného toku. Tieto vysokovýkonné pracovné stanice sú kľúčovým prípadom použitia pre novú GDDR6X.
• Umela inteligencia: Pamäťové technológie GDDRX sa používajú v umelej inteligencii a jej derivátoch, ako je Deep Learning. Tieto pracovné záťaže sú čoraz dôležitejšie a prevládajúce a vysokorýchlostné výpočtové riešenia ako GDDRX môžu v tomto ohľade rozhodne pomôcť.

GDDR6X nájde svoje uplatnenie v mnohých ďalších odvetviach - Image; Technológia Micron

Záverečné slová

GDDR6X je nový typ pamäte, ktorý vyvinul Micron v úzkej spolupráci s Nvidia. Pamäť využíva novú technológiu nazývanú signalizácia PAM4, čo je veľmi inovatívny architektonický proces, pri ktorom sa efektívna rýchlosť prenosu dát zdvojnásobí. Technika signalizácie tiež znižuje spotrebu energie a tým zvyšuje efektivitu pamäte.

Nvidia implementovala pamäť do svojich nových kariet RTX 3080 a RTX 3090 a to je len začiatok prípadného zavedenia pamätí GDDR6X na herný trh. Pamäť sa vyrába ľahšie a lacnejšie ako HBM2 a poskytuje nesmierne sľubné výsledky, takže sa zdá, že celý priemysel sa skôr alebo neskôr chystá prijať tento štandard. Práve teraz sa technológie GDDRX nachádzajú v mnohých odvetviach vrátane hier, HPC, profesionálnej virtualizácie a AI.