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Nvidia GTX 1080上的GDDR5X? 多了一个X会有多大差别?

57日,nvidia召开了新设备的发布会。其中就包含了GTX1080这个目前的新旗舰显卡。

  

  新旗舰显卡在nvidia的口中显得性能十足,nvidia表示新的GTX1080可以完全超越上代的GTX 980Ti与GTX titan,还能胜过GTX980 SLI。我们暂且不去深究nvidia这番数据的真假,不过,有个东西想必能够引起大家的注意,就是GTX1080上的GDDR5X。那么这个多出来的X,能够给GDDR5X带来什么新特性呢?

  突破天际的10GHz频率如何达成?

  GTX1080刚一上手,其间的显存GDDR5X就设定在了前所未有的10GHz频率之上。如此之高的频率是先前的GDDR5无法做到的。

  那么它是如何做到这个高频率的呢?让我们首先从GDDR5和DDR3的频率开始说起。

  早期SDRAM内存,在一个时钟周期内只能读/写一次,只在时钟上升期读/写数据,而我们看到的DRAM的频率,实际是用作存储单元的电容的刷新率。电容的刷新率不可能无线放大(当时通常在100-200MHz),因此SDRAM的频率无法无限制得到提升,进而出现了DDR技术。

  

  (这个原理图很好的说明了为什么DDR能够简单地做到传输速率翻倍的原因。)

  DDR通过优化差分时钟技术,在时钟的上升期和下降期各传输一次数据,达到了简单将内存频率提升的需求。此时内存的I/O(输入输出单元)就需要预先对存储颗粒中的数据进行2位的预读取,达到简单将实际频率翻倍的效果,例如DDR333就是SDRAM 166进行了2位预读取而产生的实际频率。这就是DDR名称的由来。

  

  (预读取原理图,来自泡泡)

  而之后的DDR2DDR3也是简单地通过对于预读取位数的调整,来简单达到暴力提升频率的作用。DDR2使用4位预读取,而DDR3使用8位预读取。

  显存的技术属性来源于内存,GDDR5正是从DDR3上进行优化而来,使用8位预读取技术,并且再增加了一条数据总线,以达到将实际频率再度提升的效果。

  

  那么,在GDDR5上再进行优化而来的GDDR5X是怎么做到10GHz的呢?

  其实手法也算相当简单粗暴:继续加预读取!

  GDDR5X在保持GDDR5的QDR双条数据总线基础不变的前提下,将预读取位增加到16bit,这样就能将显存频率再做了一次提升。

  而据镁光估计,当前的GDDR5X的出场频率大约是10-12GHz,而经过一定程度的优化以后,GDDR5X有望达到14-16GHz——如果和GDDR5作对照的话,这个数值大约正好是GDDR5当前最高频率的2倍。

  1.35v更低的功耗需求

  功耗是整个部件中的重要一环,因此,从DDR内存起功耗就在不断进行优化。从SDRAM的3.3v开始,经历DDR的2.5v,DDR2的1.8v,DDR3的1.5v直至现在的DDR4的1.2v。内存的每一代操作电压的降低,都能比前代带来约30%-50%的功耗下降。

  

  显存方面,因为显存基本都是在内存的基础上改进而来,因此显存的电压和内存还是有一定的对应关系的。既有 GDDR5 标准工作电压为 1.5V,GDDR5X 則是降到了 1.35V,尽管这个值还是无法和 1.2V 的 HBM 相比,但是也已经有相当幅度的调低。

  目前由于还没有GDDR5X显存和GDDR5显存在同一个显示核心下的功耗数据,但对比一下DDR3 1.5v标准电压和DDR3 1.35v低压内存的数值,1.35v电源大约能够比1.5v电压的状况再节约电大约15%,放在GDDR5X上也是同样。

  封装针脚加多,但面积更小

  因为提升了频率,并且还重新设计了16bit预读取,因此这次GDDR5X的封装就和GDDR5不一样了。

  GDDR5X的封装是190ball,而GDDR5是170ball,这样整体体积就会有所变化;

  

  (GDDR5X的190 pin球形封装接口,来自JEDEC官方文档)

  

  (GDDR5的170 pin球形封装接口,来自JEDEC官方文档)

  尽管封装的针脚变多了,但得益于20nm的制程更新,GDDR5X的整体封装体积更小了。GDDR5X的接口区域面积尺寸为8.45*11.7,而GDDR5是10.4*12.8。在流出来的GTX 1080的PCB上,很明显GDDR5X的PCB空间要比GDDR5更大一些,对于这部分的PCB走线以及缩小这部分显卡的体积有很大的好处。

  

  

  (上1080下980,1080的显存区域要小一圈。)

  GDDR5X看起来新特性确实满满,不过相比起HBM,它仍然还有诸多问题没有解决;

  1 仍然采用平面封装,无法堆叠形成高密度并加大了PCB面积

  

  HBM的出现,就是为了提高缩短数据交互的时间,并尽可能地在小面积上提升存储密度,而采用了硅穿孔技术将多片DRAM芯片进行统一封装。使用HBM的R9 FURY X的PCB可以做到仅仅只有19cm长,但GDDR5X仍然是基于GDDR5的平面塑封封装而来,GDDR5X在使用的时候,还需要给PCB留出较大的面积。虽然GDDR5X也可以很容易地把容量做大,但是它对于空间的需求还是要比HBM大很多。

  

  (这就是当初AMD给GDDR5找的黑点,但这条目前来看仍然适用于GDDR5X)

  2 16位预读取继续拉升了延迟

  我们都知道内存中,延迟是一个很重要的数值,它极大地影响了内存的性能。虽然显存对于延迟的需求并没有那么看重,但GDDR5的时代,延迟已经基本在15-16延迟值徘徊,换用GDDR5X之后,16位的预读取会让延迟有进一步的上升。现在我们还不知道这上升的延迟对于整体性能会有多大影响,但多少可能不如想象中那么给力。

  3 1.35v的操作电压对比HBM不占优势

  这点上,还是不如HBM的1.2v,要压低整体功耗可能不如HBM给力。毕竟,显存在显卡内,也是除了核心部分的第二大功耗点。

  随着GDDR5X的正式出现,今后一段时间内,现存的排兵布阵在两家也会基本确定了:GDDR5继续主攻性价比和中低端领域,GDDR5X主攻中高端领域,而HBM将会出现在旗舰上。这个分布无疑对显卡的定位又起到了很好的区隔作用。GDDR5X究竟身怀如何绝技,随着越来越多设备的出现,相信时间也会慢慢带给各位玩家想要了解的真相。

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