GDDR6X tehnilised täiustused selgitatud

1. septembril^st, 2020 Nvidia kuulutas välja oma uhiuue graafikakaardi seeria RTX 3000, mis lubas enneolematu jõudluse taset mitte ainult traditsioonilises rasterdatud renderdamises, vaid ka kiirtejälgimises. RTX 3000 kaardiseeriast saaksid turu üks kiiremaid kaarte, mis konkureerivad AMD RX 6000 seeria pakkumistega. Nendes kaartides olnud Ampere-põhine graafikaprotsessor oli üksi küllaltki kiire, kuid ülimalt hea jõudlus tulenes tegelikult ka teisest täiustusest.

GDDR6X lubab tuua enneolematu ribalaiuse ja kiiruse taseme - Pilt: Micron Technology

Suur osa sellest etendusest tuli mälust, mis oli nende kaartide pardal. RTX 3000 seeria kahel ülemisel kaardil RTX 3080 ja RTX 3090 oli uhiuus mälutüüp, mida polnud varem mänguklassi graafikakaartides kasutatud, tuntud kui GDDR6X. See uut tüüpi mälu lubas ribalaiust kahekordistada võrreldes tavalise GDDR6-ga, mis leiti seeriast RTX 2000 ja seeria AMD RX 6000 seeria kaartidest. Vaatame, mis teeb GDDR6Xi nii eriliseks.

Mida VRAM täpselt teeb?

Suurema osa graafilise töötluse „raskest tõstmisest” teeb graafikakaardi südamik, mida nimetatakse GPU-ks. GPU on väga võimas ränitükk, mis on loodud ja optimeeritud graafiliste ülesannete, näiteks mängude töötlemiseks. See tegeleb suurema osa töötlemisega, mis on vajalik teie kuvatavate kaadrite tõukamiseks. Kuid suurte andmemahtude töötlemiseks ja kaadrite ettevalmistamiseks piisavalt kiiresti vajab GPU midagi töötamiseks. Siin tuleb sisse VRAM.

VRAM ehk videomälu on väga kiire mäluvorm, mis salvestatakse graafikakaardile endale, nii et GPU-l on sellele otsene juurdepääs. VRAM salvestab mänguks vajalikud varad ja tekstuurid, nii et GPU saaks nendega vajaduse korral tööd teha ja kuvada vajavaid raame ette valmistada. Kui VRAM ei suuda neid varasid ja muid üliolulisi andmeid GPU-le piisavalt kiiresti edastada, võib kasutaja kogeda aeglustumist, kokkamist või isegi krahhi. Üldiselt vajavad kõrgemate eraldusvõimetega nagu 1440p ja 4K koos kõrgete graafiliste seadistustega nende kõrgema kvaliteediga varade haldamiseks ja salvestamiseks rohkem VRAM-i, mis tähendab, et teil on vaja suuremat VRAM-i mahtu, kui soovite nende resolutsioonidega nende seadetega mängida. Samal ajal vajate suurema kiirusega mälu, et andmeid VRAM-ist piisavalt kiiresti GPU-le teisaldada. Siin osutuvad abiks sellised mälutehnoloogiad nagu GDDR6X.

GDDR6X taga olev mehhanism

Micron Technology (ettevõte, mis toodab ja tarnib Nvidiale ja teistele partneritele GDDR6X-mälu) avaldas hiljuti mõned üksikasjad GDDR6X-mälu taga oleva mehhanismi kohta. See annab meile parema ettekujutuse sellest, kuidas see tehnoloogia suudab saavutada ülisuure ribalaiusega numbreid.

PAM4 signaalimine

Erinevalt tüüpilistest andmeradadest, mida nimetatakse 'bussideks', mis liigutavad andmeid korraga 1 bitti, kasutab GDDR6X tehnikat nimega PAM4 (neljatasandiline impulssamplituudi modulatsioon), mis on meetod, mis võib korraga saata 1 neljast diskreetse võimsuse tasemest See tähendab, et GDDR6X suudab korraga liigutada 2 bitti, mis suurendab dramaatiliselt ribalaiust. Micronil on tõepoolest selline huvitav innovatsiooniajalugu, kuna see tõi masstoodangusse tööstuse esimesed GDDR5, GDDR5X ja nüüd ka GDDR6X kiibid. Micron oli ainus GDDR5X tootja ja on nüüd ainus GDDR6X tootja. Micronil oli PAM4 abil GDDR6Xi arendamise kohta öeldud järgmist:

'Micronis lasime teadlastel uurida, kuidas PAM4 mälus kasutada juba alates 2006. aastast,' ütles Microni graafikasegmendi direktor Ralf Ebert. 'Ma ütlesin teadlikult teadlasi, sest teeksin vahet arendajatel ja teadlastel. Need olid poisid, kes tõesti tegid uuenduse jaoks eeltööd. Põhimõtteliselt võtsid nad selle PAM4-tehnoloogia ja proovisid aru saada, kuidas saaksime seda DRAM-is kasutada. Teadlased pidid töötama kõrvuti GDDR-i arendajatega, tüüpidega, kes kiibile alla kirjutasid, ”ütles Ebert. 'Nad tegid väga tihedat koostööd ka süsteemi- ja tooteinseneridega, kes mõistavad väljakutseid süsteemi ja masstootmise seisukohast.'

Selle uue põneva tehnoloogiaga kaasnevad piirangud. GDDR6 plahvatuse pikkus on 16 baiti (BL16), mis tähendab, et kõik selle kaks 16-bitist kanalit suudavad edastada 32 baiti operatsiooni kohta. GDDR6X-i purskepikkus on 8 baiti (BL8), kuid PAM4 signaalimise tõttu edastavad kõik selle 16-bitised kanalid ka 32 baiti operatsiooni kohta. See tähendab, et GDDR6X pole kiirem kui GDDR6 samal taktsagedusel. See tähendab ka seda, et kuna GDDR6X kannab iga tsükli jooksul kaks korda rohkem signaale kui GDDR6, on see ka palju tõhusam. Microni sõnul on GDDR6X seadme tasemel 15% energiatõhusam kui GDDR6 (7,25 pj / bit vs 7,5 pj / bit).

PAM4 signaalimine on revolutsiooniline tehnika mälutehnoloogias - pilt: Micron Technology

Tihe koostöö Nvidiaga

Suurem ribalaiuse ja suurema kiiruse taganttõukaja on olnud Nvidia ise, kes on Microniga GDDR6X-mälu väljatöötamise ja testimise etapis tihedat koostööd teinud. Nvidia on Microni ainus käivituspartner GDDR6X-mälu osas, mis tähendab, et uus mälutüüp on Nvidia-kaartidele eksklusiivne juba pikka aega. Nvidia on juba paigaldanud uue mälu oma lipulaevade GeForce'i mängukaartidele; nii saanud RTX 3090 ja RTX 3080 tohutud ribalaiuse hüpped üle viimase põlvkonna GDDR6.

GDDR6X-mälu täielikud spetsifikatsioonid - pilt: Micron Technology

Nvidia on ka GDDR6X jaoks välja töötanud uhiuue mälukontrolleri ja PHY, kuna see kasutab PAM4 signaalimist ja väljanägemise järgi on kõik Nvidia enda siseselt kujundanud. GDDR6X-tehnoloogia peaks jõudma ka rohkemate Nvidia kaartideni, eriti TITAN- ja Quadro-seeriatele, mis võiksid palju kasu saada GDDR6X-i suurenenud ribalaiusest koos suurema võimsusega. Micron on ka kinnitanud, et Nvidia ei ole GDDR6X-i eksklusiivne partner ning et hiljem saavad uue mälustandardi ka rohkem ettevõtteid. See tähendab, et kui tulevikus rohkem neid kaarte käivitatakse, võime eeldada, et AMD Radeoni kaartidel on ka mingisugune GDDR6X rakendus.

GDDR6X koos PAM4-ga vs HBM2

Kuigi GDDR6X koos oma uhke uue PAM4 tehnoloogiaga on endiselt kallim kui GDDR6, pole see isegi HBM2 tootmiskulude lähedal. HBM ehk suure ribalaiusega mälu tundus paar põlvkonda tagasi tõesti graafikakaardi mälutehnoloogia tulevikuna. AMD üritas HBM-i tavaturule tuua väga kõvasti ja nad tõid turule ka reaalseid halvemaid GPU-sid koos HBM-i pardal. Graafikakaartide Fury ja Vega rida kasutasid suure ribalaiusega mälu, kuid kahjuks ei olnud nende GPU südamikud piisavalt kiired, et anda neile mingit eelist Nvidia ees.

Särav HBM2-mälu toodi taas Radeon VII-sse, mis on AMD uus tippklassi graafikakaart, mis põhineb Vega arhitektuuril, kuid on nüüd üles ehitatud 7 nm protsessile. Vega kaartide HBM2 tootmine oli äärmiselt kallis ja selle saagikus oli madal, mis viis madala pakkumise ja veelgi madalama nõudluseni. Radeon VII ei suutnud läheneda Nvidia lipulaevale RTX 2080Ti ega jõudnud EOL-i silmitsi aasta jooksul pärast selle käivitamist. Palju kiirem Nvidia lipulaev kasutab standardset GDDR6.

AMD eemaldus oma HBM-i ettevõtmistest pärast ettevõtte hierarhia muutmist ja mitmed kõrged liikmed vabastati ametist. Uus AMD Radeon kolis kiiresti HBM-i mäluhullusest kaugemale ja muutis palju realistlikumaks mäluvalikuteks, näiteks GDDR6 mälu, mis on leitud RX 5000-st ja RX 6000 seeria GPU-d . HBM2 peamine probleem on selle tootmine. Protsess on äärmiselt tüütu ja kulukas, kuna HBM2 KGSD-d (tuntud-head virnastatud stantsid) tuleb kokku panna pooljuhi juures ja asetada seejärel GPU kõrval asetsevale interposterile teise vabriku puhasruumis. See muudab tootmise palju kallimaks ja töömahukamaks kui GDDR6 või isegi GDDR6X, kuna GDDR6X ei vaja virnastamist ja see tarnitakse eraldi disketidena, mida saab tehases alla joota.

GDDR6X pakub tööstusharu juhtivaid ribalaiuse tasemeid - Pilt: Micron Technology

Siinkohal tuleb siiski märkida üks hoiatus. GDDR6X kiibid vajavad väga puhast ja stabiilset signaali, mistõttu GA102 GPU-l olev Nvidia mälukontroller, mis toidab mälukiipe, istub nüüd eraldi toiteplokil. See tagab, et kiibid saavad vajaliku puhta ja stabiilse jõu, mida neil on vaja korralikuks toimimiseks.

PAM4 tulevikuks

PAM4 signaalimine on huvitav ja tõeliselt põnev uus protsess, mis võib leida rakendusi mitmetes arvutiriistvara valdkondades. Kui praegu piirdub see graafikakaartide rakendusega GDDR6X, võib signaalimistehnika tulevikus teistes protsessides palju rohkem kasutada. Micron usub, et mälu tulevik on PAM 4 tehnika.

'Niisiis, GDDR6X on see, kus me PAM4 tutvustasime, ja näeme kindlasti, et see liigub edasi,' ütles Microni graafikamälu direktor. „Võimalik, et PAM4 saab kasutada ka teistes mälustandardites. On võimalik või tõenäoline, et seda tüüpi tehnoloogiat kasutavad ära protsessorid või teised meie protsessorid. '

Teine huvitav tulevane PAM4 signaalimisstandardi rakendus on PCIe Gen 6.0, mis peaks ilmuma 2021. aastal. See kasutab PAM4 signaalimist suurema tõhususe ja suurema andmeedastuskiiruse saamiseks. Kuna PCIe-l on väga lai kasutusvõimalus, peavad protsessori- ja ASIC-ettevõtted mingil ajahetkel lõpuks kasutusele võtma PAM4 ja PCIe 6.0. Võib-olla kasutatakse seda kunagi ka HBM2 mälus ebareaalse ribalaiuse ja kiiruse tagamiseks, kuid see on meie poolne vaid spekulatsioon.

Kus GDDRX-i kasutatakse?

Isegi kui tulevik sekundiks kõrvale jätta, kasutatakse GDDR6X-i paljudes olulistes rakendustes ka tänapäeval. Mõned olulised neist hõlmavad järgmist:

• Mängimine: GDDR6X-mälu suurim ja populaarseim kasutus on loomulikult mängudes. Micron on andnud Nvidiale GDDR6X-moodulid integreerimiseks nende uhiuutesse graafikakaartidesse RTX 3080 ja RTX 3090. See mälu võimaldab neil saavutada enneolematuid numbreid mälu ribalaiuse ja kiiruse osas. Esimese põlvkonna GDDR6X suudab saavutada andmeedastuskiirust kuni 1TB / s. See võib järgmise põlvkonna mängude jaoks osutuda äärmiselt kasulikuks.
• HPC: GDDRX-tehnoloogiat kasutatakse HPC-s või suure jõudlusega arvutites. Seda iseloomustavad väga paralleelsed arvutused, mis viivad täiustatud rakendusprogrammid läbi usaldusväärselt, tõhusalt ja võimalikult kiiresti. Neid arvutilahendusi kasutavad teadlased, teadlased, insenerid ja akadeemilised asutused keeruliste probleemide lahendamiseks.
• Professionaalne virtualiseerimine: Sellised majandusharud nagu tervishoid ja meditsiin, professionaalne videotöötlus, finantssimulatsioonid, ilmaennustus või nafta ja gaas toetuvad tõeliselt tippklassi tööjaamadele, mis saavad GDDR6X-mälu abil oma töövoogu sujuvamaks muuta ja optimeerida. Need suure jõudlusega tööjaamad on uue GDDR6X peamiseks kasutusalaks.
• Tehisintellekt: GDDRX-i mälutehnoloogiaid kasutatakse tehisintellektis ja selle derivaatides nagu Deep Learning. Need töökoormused muutuvad üha olulisemaks ja levinumaks ning selles osas võivad kindlasti abiks olla kiiret arvutust pakkuvad lahendused nagu GDDRX.

GDDR6X leiab oma rakendused veel paljudest tööstusharudest - Image; Micron tehnoloogia

Lõppsõnad

GDDR6X on uut tüüpi mälu, mille on välja töötanud Micron tihedas koostöös Nvidiaga. Mälus kasutatakse uut tehnoloogiat nimega PAM4 signalisatsioon, mis on väga uuenduslik arhitektuuriprotsess, mille käigus efektiivne andmeedastuskiirus kahekordistub. Signaalitehnika vähendab ka energiakasutust ja muudab seeläbi mälu tõhusamaks.

Nvidia on mälu kasutusele võtnud oma uutesse kaartidesse RTX 3080 ja RTX 3090 ning see on alles algus GDDR6X-mälu lõplikule mänguturule laienemisele. Mälu on HBM2-st lihtsam ja odavam toota ning see annab tohutult paljutõotavaid tulemusi, nii et tundub, et kogu tööstus võtab selle standardi varem või hiljem kasutusele. Praegu leidub GDDRX-tehnoloogiaid paljudes sektorites, sealhulgas mängimine, HPC, professionaalne virtualiseerimine ja tehisintellekt.