顯存發(fā)展的新趨勢

　顯存發(fā)展的新趨勢

前言
　　隨著(zhù)人們對現代臺式機和筆記本電腦的處理器和系統內存的要求日益嚴格，對圖形控制器和顯存的性能要求也越來(lái)越高。在這種發(fā)展趨勢下，系統內存從DDR1（雙數據率）SDRAM升級到了DDR2 SDRAM。在顯存領(lǐng)域，也在進(jìn)行同樣的升級換代——在高端領(lǐng)域，GDDR1向GDDR3轉換幾近完成，GDDR3繼承了GDDR2中實(shí)現的新功能；在主流顯存領(lǐng)域，x16DDR1正在向x16DDR2轉換。與GDDR1相比，新的GDDR3圖形標準大幅提升了系統的圖形性能，可滿(mǎn)足高端獨立式圖形系統市場(chǎng)的需求。

　　由于工藝改進(jìn)，DDR SDRAM的時(shí)鐘頻率不斷提高。當前端總線(xiàn)為800MHz的處理器和雙通道內存架構剛剛問(wèn)世之時(shí)，非緩沖型DDR400 DIMM模塊成為了高性能臺式機的標準配置。PC系統內存的下一代同步DRAM被稱(chēng)為DDR2，它在DDR標準的基礎上實(shí)現了大量改進(jìn)，顯著(zhù)增強了系統內存性能。伴隨著(zhù)這種演進(jìn)，顯存的性能和架構也在不斷改進(jìn)，而GDDR3（圖形DDR 3）的推出更是將目光瞄準了標志性的1 GHz。
　　GDDR3－－工作頻率高達1 GHz
　　與系統內存不同，顯存必須通過(guò)快速點(diǎn)到點(diǎn)運算來(lái)支持大量像素處理和顯示。因此，時(shí)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(lái)，目前GDDR1顯存在圖形市場(chǎng)大有一統天下之勢，而GDDR2則少人問(wèn)津。GDDR1顯存的時(shí)鐘頻率一般在300 MHz至500 MHz左右。如今，GDDR3使時(shí)鐘頻率從500 MHz躍升至800 MHz左右，甚至更快。例如，如果系統內存總線(xiàn)為256位，那么，借助800MHz GDDR3顯存，可以實(shí)現51.2GBps的內存帶寬。
　　從根本上講，GDDR3與面向系統內存的DDR2標準十分類(lèi)似，不過(guò)它為高時(shí)鐘頻率進(jìn)行了優(yōu)化。GDDR3顯存和GDDR1顯存之間的主要區別是：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(dòng)態(tài)可控阻抗輸出驅動(dòng)；4位預??；單向單端數據選通。這些功能可帶來(lái)更高時(shí)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(shí)現了功耗降低，但不會(huì )降低頻率，或者可以更高頻率的運行而不會(huì )增加功耗。得益于這些改進(jìn)，如今GDDR3顯存能夠實(shí)現比原來(lái)高得多的時(shí)鐘頻率。
　　在更高的傳輸頻率下，信號線(xiàn)路必須利用一定的阻抗進(jìn)行端接，以防止能量反射導致信號干擾。GDDR1采用的是板載端接，而GDDR3的片上端接則是直接在內存芯片上實(shí)現的。
　　支持可靠的高速信號點(diǎn)到點(diǎn)傳輸的另一個(gè)重要功能特征是阻抗適當的VDDQ端接。GDDR3的I/O接口采用了偽開(kāi)漏邏輯設計，總線(xiàn)分別端接至兩端：位于信號源的動(dòng)態(tài)可控的40歐姆阻抗驅動(dòng)，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用的特殊功能（如寄存器），早期的顯存就已大大優(yōu)于標準RAM。然而，隨著(zhù)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(lái)越少，顯存變得與標準RAM十分接近。不過(guò)，對更高時(shí)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(zhù)提高了三維圖形應用的圖像品質(zhì)。這個(gè)128Mb SGRAM的結構為4M x 32，是適用于32位、64位和128位總線(xiàn)應用的理想顯存。
　　該模塊也是首款采用符合JEDEC標準的球柵陣列（BGA）封裝的顯存，支持的時(shí)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（擁有復雜場(chǎng)景和栩栩如生環(huán)境及造型）這樣的圖形應用，為頂級處理器性能和高速顯存設立了基準，同時(shí)也為此開(kāi)發(fā)出了專(zhuān)用圖形處理器和顯存。它們不僅能夠完全應對這些挑戰，而且卸載了CPU和/或系統內存的部分負荷?？偟膩?lái)講，圖形系統可以分為兩類(lèi)：集成式和獨立式。就集成式圖形系統而言，圖形處理器集成到了臺式機或筆記本電腦的主板上，并共用系統內存。當然，這就意味著(zhù)圖形控制器會(huì )受到系統內存帶寬的限制。圖形數據需要從主板輸出至顯示器。
　　在獨立式圖形系統中，圖形控制器擁有專(zhuān)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）。獨立式圖形系統通過(guò)一個(gè)高速總線(xiàn)（AGP：圖形加速端口）連接至主板。AGP總線(xiàn)可以533 MHz的速率提供一個(gè)32位接口，從而可實(shí)現每秒2GBps的數據率。新的PCI Express接口標準甚至可以實(shí)現最高達8GBps的數據率。在獨立式架構下，圖形系統獨立于系統內存，可以為訪(fǎng)問(wèn)專(zhuān)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據帶寬。iSupply公司的市場(chǎng)分析師按性能（以及相應的價(jià)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(shí)時(shí)計算運動(dòng)中的三維場(chǎng)景所需的全部信息（如紋理詳情或模型坐標）均暫時(shí)保存在幀緩沖器中。因此，圖形系統的幀緩沖器的大小和速率對圖形應用的分辨率、顏色數量和流暢的播放效果有著(zhù)至關(guān)重要的影響。通常，經(jīng)濟型圖形系統的幀緩沖為64 MB，而當今的高端圖形系統的幀緩沖能達到256 MB。在內存帶寬方面，不同級別的圖形系統之間的差距則更加明顯。目前，經(jīng)濟型系統可為圖形控制器和幀緩沖器提供3.2GBps帶寬（64位總線(xiàn)帶寬；200 MHz內存時(shí)鐘頻率），而高端圖形系統則可實(shí)現十倍于其的帶寬：32GBps帶寬（256位總線(xiàn)帶寬；500 MHz內存時(shí)鐘頻率）。顯然，根據性能要求，圖形系統需要不同類(lèi)型的顯存。高端圖形系統（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位結構）和更高工作頻率（> 500 MHz）。另一方面，經(jīng)濟型系統則要盡量降低成本。所以，經(jīng)濟型產(chǎn)品往往采用更小、速度更慢的內存和較窄的接口（x 16位結構）。