顯存發(fā)展的新趨勢(shì)

　顯存發(fā)展的新趨勢(shì)

前言
　　隨著人們對(duì)現(xiàn)代臺(tái)式機(jī)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(duì)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(shì)下，系統(tǒng)內(nèi)存從DDR1（雙數(shù)據(jù)率）SDRAM升級(jí)到了DDR2 SDRAM。在顯存領(lǐng)域，也在進(jìn)行同樣的升級(jí)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(shí)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(dú)立式圖形系統(tǒng)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(dāng)前端總線為800MHz的處理器和雙通道內(nèi)存架構(gòu)剛剛問(wèn)世之時(shí)，非緩沖型DDR400 DIMM模塊成為了高性能臺(tái)式機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。PC系統(tǒng)內(nèi)存的下一代同步DRAM被稱(chēng)為DDR2，它在DDR標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了大量改進(jìn)，顯著增強(qiáng)了系統(tǒng)內(nèi)存性能。伴隨著這種演進(jìn)，顯存的性能和架構(gòu)也在不斷改進(jìn)，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(dá)1 GHz
　　與系統(tǒng)內(nèi)存不同，顯存必須通過(guò)快速點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)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(tǒng)天下之勢(shì)，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(tǒng)內(nèi)存總線為256位，那么，借助800MHz GDDR3顯存，可以實(shí)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(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(qū)別是：工作電壓從2.5伏降至1.8伏；芯片上信號(hào)端接（片上端接）；動(dòng)態(tài)可控阻抗輸出驅(qū)動(dòng)；4位預(yù)?。粏蜗騿味藬?shù)據(jù)選通。這些功能可帶來(lái)更高時(shí)鐘頻率、更出色的信號(hào)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(xiàn)了功耗降低，但不會(huì)降低頻率，或者可以更高頻率的運(yùn)行而不會(huì)增加功耗。得益于這些改進(jìn)，如今GDDR3顯存能夠?qū)崿F(xiàn)比原來(lái)高得多的時(shí)鐘頻率。
　　在更高的傳輸頻率下，信號(hào)線路必須利用一定的阻抗進(jìn)行端接，以防止能量反射導(dǎo)致信號(hào)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(shí)現(xiàn)的。
　　支持可靠的高速信號(hào)點(diǎn)到點(diǎn)傳輸?shù)牧硪粋€(gè)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(kāi)漏邏輯設(shè)計(jì)，總線分別端接至兩端：位于信號(hào)源的動(dòng)態(tài)可控的40歐姆阻抗驅(qū)動(dòng)，和位于信號(hào)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(duì)這些特殊特性的利用卻越來(lái)越少，顯存變得與標(biāo)準(zhǔn)RAM十分接近。不過(guò)，對(duì)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(qiáng)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(gè)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(shí)鐘頻率高達(dá)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(dú)立顯卡
　　比如最新計(jì)算機(jī)游戲（擁有復(fù)雜場(chǎng)景和栩栩如生環(huán)境及造型）這樣的圖形應(yīng)用，為頂級(jí)處理器性能和高速顯存設(shè)立了基準(zhǔn)，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(yīng)對(duì)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(lái)講，圖形系統(tǒng)可以分為兩類(lèi)：集成式和獨(dú)立式。就集成式圖形系統(tǒng)而言，圖形處理器集成到了臺(tái)式機(jī)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(huì)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(dú)立式圖形系統(tǒng)中，圖形控制器擁有專(zhuān)用顯存，直接向顯示器輸出，并在獨(dú)立的板卡上擁有單獨(dú)的邏輯電路（圖形卡也可用于升級(jí)PC）。獨(dú)立式圖形系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)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(gè)32位接口，從而可實(shí)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(shí)現(xiàn)最高達(dá)8GBps的數(shù)據(jù)率。在獨(dú)立式架構(gòu)下，圖形系統(tǒng)獨(dú)立于系統(tǒng)內(nèi)存，可以為訪問(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(shù)據(jù)帶寬。iSupply公司的市場(chǎng)分析師按性能（以及相應(yīng)的價(jià)格）將顯存分為如下幾級(jí)：發(fā)燒友級(jí)/高性能級(jí)、主流級(jí)和經(jīng)濟(jì)型。實(shí)時(shí)計(jì)算運(yùn)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(biāo)）均暫時(shí)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(duì)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(jì)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(dá)到256 MB。在內(nèi)存帶寬方面，不同級(jí)別的圖形系統(tǒng)之間的差距則更加明顯。目前，經(jīng)濟(jì)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(shí)鐘頻率），而高端圖形系統(tǒng)則可實(shí)現(xiàn)十倍于其的帶寬：32GBps帶寬（256位總線帶寬；500 MHz內(nèi)存時(shí)鐘頻率）。顯然，根據(jù)性能要求，圖形系統(tǒng)需要不同類(lèi)型的顯存。高端圖形系統(tǒng)（發(fā)燒友級(jí)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(jì)型系統(tǒng)則要盡量降低成本。所以，經(jīng)濟(jì)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)）。