Обяснени технически подобрения на GDDR6X

На 1 септември^ул, 2020 г. Nvidia обяви своята чисто нова серия графични карти RTX 3000, които обещават безпрецедентни нива на производителност не само при традиционното растеризирано изобразяване, но и при проследяването на лъчи. Картите RTX 3000 ще продължат да се превръщат в едни от най-бързите карти на пазара, конкуриращи се с най-добрите предложения на AMD в серията RX 6000. Графичният процесор, базиран на Ampere, който беше вътре в тези карти, беше много бърз сам по себе си, но значително по-добрата производителност всъщност беше резултат и от друго подобрение.

GDDR6X обещава да донесе безпрецедентни нива на честотна лента и скорост - Изображение: Micron Technology

Голяма част от това представяне идваше от паметта, която беше на борда на тези карти. Горните две карти от серията RTX 3000, RTX 3080 и RTX 3090, са носили чисто нов тип памет, който досега не е бил използван в графични карти с игрови класове, известен като GDDR6X. Този нов тип памет обещава двойна пропускателна способност в сравнение със стандартната GDDR6, която е намерена в серията RTX 2000 и серията AMD RX 6000. Нека видим какво прави GDDR6X толкова специален.

Какво точно прави VRAM?

По-голямата част от „тежката работа“ по отношение на графичната обработка се извършва от ядрото на графичната карта, което е известно като GPU. GPU е много мощно парче силиций, което е проектирано и оптимизирано за обработка на графични задачи като игри. Той обработва по-голямата част от обработката, която е необходима, за да се прокарат кадрите, които мониторът ви показва. Но за да обработи големи количества данни и да подготви кадрите достатъчно бързо, графичният процесор се нуждае от нещо, върху което да работи. Тук идва VRAM.

VRAM или Video Memory е много високоскоростна форма на памет, която се съхранява на самата графична карта, така че графичният процесор да има директен достъп до нея. VRAM съхранява активи и текстури, които се изискват от играта, за да може графичният процесор да работи върху тях, когато е необходимо и да подготви кадрите, които трябва да бъдат показани. Ако VRAM не може да достави достатъчно бързо тези активи и други важни данни на графичния процесор, потребителят може да изпита забавяне, заекване или дори сривове. Като цяло, по-високите разделителни способности като 1440p и 4K с високи графични настройки изискват повече VRAM за управление и съхранение на тези по-качествени активи, което означава, че се нуждаете от по-голям капацитет на VRAM, ако искате да играете при тези настройки при тези резолюции. Едновременно с това се нуждаете от памет с по-висока скорост, за да преместите данните в графичния процесор от VRAM достатъчно бързо. Това е мястото, където технологиите за памет като GDDR6X се оказват полезни.

Механизъм зад GDDR6X

Micron Technology (компанията, която произвежда и доставя паметта GDDR6X на Nvidia и други партньори) наскоро публикува някои подробности за механизма зад паметта GDDR6X. Това ни дава по-добра представа за това как тази технология е в състояние да постигне изключително високата честотна лента.

PAM4 сигнализация

За разлика от типичните пътеки за данни, наречени „шини“, които преместват данни по 1 бит наведнъж, GDDR6X използва техника, наречена PAM4 (Четиристепенна импулсна амплитудна модулация), която е метод, който вместо това може да изпрати 1 от 4 дискретни нива на мощност в даден момент от 2. Това означава, че GDDR6X може да премества 2 бита наведнъж, което драстично увеличава честотната лента. Micron има история на интересни иновации като тази, тъй като донесе първите масови чипове GDDR5, GDDR5X и сега GDDR6X за масово производство. Micron беше единственият производител на GDDR5X и сега е изключителен производител на GDDR6X. Micron каза следното за развитието на GDDR6X с помощта на PAM4:

„В Micron имахме учени да проучат как да използват PAM4 в паметта още от 2006 г. насам“, каза Ралф Еберт, директор на графичния сегмент на Micron. „Умишлено казах учени, защото бих направил разлика между разработчици и учени. Това бяха момчетата, които наистина правеха основите за иновацията. Те основно взеха тази технология PAM4 и се опитаха да разберат как можем да я използваме в DRAM. Учените трябваше да работят рамо до рамо с разработчиците на GDDR, момчетата, подписали чипа “, каза Еберт. „Те също така си сътрудничиха много тясно със системните и продуктови инженери, които разбират предизвикателствата от гледна точка на системата и масовото производство.“

Има обаче ограничение, което идва с тази вълнуваща нова технология. GDDR6 има дължина на пакета от 16 байта (BL16), което означава, че всеки от двата му 16-битови канала може да достави 32 байта на операция. GDDR6X има дължина на пакета от 8 байта (BL8), но поради сигнализирането на PAM4, всеки от неговите 16-битови канали ще доставя и 32 байта на операция. Това означава, че GDDR6X не е по-бърз от GDDR6 при същите тактови честоти. Това също означава, че тъй като GDDR6X носи два пъти повече сигнали от GDDR6 по време на всеки цикъл, той е и много по-ефективен. GDDR6X е с 15% по-енергийно ефективен от GDDR6 (7,25 pj / бит срещу 7,5 pj / бит) на ниво устройство, според Micron.

PAM4 Signaling е революционна техника в технологията на паметта - Изображение: Micron Technology

Затворете сътрудничеството с Nvidia

Голяма движеща сила зад натиска за по-висока честотна лента и по-високи скорости е самата Nvidia, която си сътрудничи тясно с Micron по време на фазите на разработка и тестване на паметта GDDR6X. Nvidia е единственият партньор за стартиране на Micron, когато става въпрос за памет GDDR6X, което означава, че новият тип памет ще бъде ексклузивен за картите на Nvidia от доста време. Nvidia вече е инсталирала новата памет на техните водещи графични карти GeForce; RTX 3090 и RTX 3080, които по този начин са станали огромен скок в честотната лента над GDDR6 от последно поколение.

Пълните спецификации на паметта GDDR6X - Изображение: Micron Technology

Nvidia също така е проектирала чисто нов контролер на паметта и PHY за GDDR6X, тъй като използва PAM4 сигнализация, а по външен вид всичко е проектирано от самата Nvidia. Технологията GDDR6X също трябва да идва към повече карти от Nvidia, особено серията TITAN и Quadro, които биха могли да се възползват значително от увеличената честотна лента на GDDR6X, съчетана с по-висок капацитет. Micron също потвърди, че Nvidia не е изключителен партньор за GDDR6X и че по-късно нови компании също ще получат новия стандарт за памет. Това означава, че можем да очакваме Radeon картите на AMD да имат и някакво приложение GDDR6X, когато в бъдеще стартират повече от тези карти.

GDDR6X с PAM4 срещу HBM2

Въпреки че GDDR6X с фантастичната си нова технология PAM4 все още е по-скъпа за производство от GDDR6, тя дори не е близо до цената на производството на HBM2. HBM или High Bandwidth Memory наистина изглеждаха като бъдещето на технологията за памет на графичните карти преди няколко поколения. AMD настояваше много усилено да изведе HBM на масовия пазар и те пуснаха серия от наистина поразителни графични процесори също с HBM на борда. Линията графични карти Fury и Vega използваха памет с висока честотна лента, но за съжаление техните ядра на графичния процесор не бяха достатъчно бързи, за да им дадат някакво предимство пред Nvidia.

Ефектната памет HBM2 отново беше върната в Radeon VII, новата графична карта на AMD от висок клас, базирана на архитектурата Vega, но сега изградена по 7-нм процес. HBM2 вътре в картите Vega е изключително скъп за производство и има ниски добиви, което води до ниско предлагане и дори по-ниско търсене. Radeon VII не можа да се доближи до флагмана на Nvidia, RTX 2080Ti, и се изправи пред EOL в рамките на една година от старта си. Много по-бързият флагман на Nvidia използва стандартния GDDR6.

Самата AMD се отдалечи от начинанията си на HBM след промяна в йерархията на компанията и няколко високопоставени членове бяха освободени от задълженията си. Новият AMD Radeon бързо се отдалечи от манията за HBM памет и се насочи към много по-реалистични избори за памет като паметта GDDR6, намерена в RX 5000 и RX 6000 серия графични процесори . Основният проблем на HBM2 е производството му. Процесът е изключително досаден и скъп, тъй като HBM2 KGSD (известни добре подредени матрици) трябва да бъдат сглобени в полупроводникова фабрика и след това поставени на интерпозер до GPU в чиста стая на друга фабрика. Това прави производството много по-скъпо и трудоемко от GDDR6 или дори GDDR6X, тъй като GDDR6X не изисква подреждане и се доставя като дискретни чипове, които могат да бъдат запоени в завода.

GDDR6X осигурява водещи в индустрията нива на честотна лента - Изображение: Micron Technology

Има обаче едно предупреждение, което трябва да се отбележи тук. Чиповете GDDR6X се нуждаят от много чист и стабилен сигнал, поради което контролерът на паметта на Nvidia на GA102 GPU, който захранва чиповете с памет, сега се намира на отделна захранваща шина. Това гарантира, че чиповете получават необходимата си чиста и стабилна мощност, необходима им за правилното функциониране.

PAM4 за бъдещето

PAM4 сигнализирането е интересен и наистина вълнуващ нов процес, който може да намери своите приложения в няколко области на хардуера на компютъра. Докато в момента тя е ограничена до приложението GDDR6X в графичните карти, техниката на сигнализиране може да има много повече приложения в други процеси в бъдеще. Микрон наистина вярва, че бъдещето на паметта е техниката PAM 4.

„И така, GDDR6X е мястото, където въведохме PAM4 и определено можем да видим това да се движи напред“, каза директорът на Micron за графична памет. „Потенциално PAM4 може да се използва в други стандарти за памет. Възможно е или е вероятно този тип технология да се използва от корпорации с процесори или други наши процесори. '

Друго интересно бъдещо приложение на стандарта за сигнализация PAM4 е PCIe Gen 6.0, който се очаква през 2021 г. Той използва сигнализация PAM4 за извличане на по-голяма ефективност и по-висока скорост на предаване на данни. Тъй като PCIe има много широк спектър на внедряване, CPU и ASIC компаниите в крайна сметка ще трябва да внедрят PAM4 и PCIe 6.0 в даден момент от време. Може би някой ден той ще се използва и в паметта на HBM2, за да осигури нереална честотна лента и скорост, но това е просто спекулация от наша страна.

Къде се използва GDDRX?

Дори да оставим бъдещето настрана за секунда, GDDR6X все още се използва в много важни приложения днес. Някои от важните включват:

• Игри: Най-голямото и популярно използване на паметта GDDR6X е, разбира се, в игрите. Micron предостави модулите GDDR6X на Nvidia за интеграция в техните чисто нови графични карти RTX 3080 и RTX 3090. Тази памет ще им позволи да постигнат безпрецедентни числа по отношение на честотната лента и скоростта на паметта. Първото поколение GDDR6X може да постигне скорост на предаване на данни до 1TB / s. Това може да се окаже изключително полезно по отношение на игрите от следващо поколение.
• HPC: Технологията GDDRX се използва в HPC или високопроизводителни изчисления. Характеризира се с изключително паралелни изчисления, изпълняващи разширени приложни програми надеждно, ефективно и възможно най-бързо. Тези изчислителни решения се използват от учени, изследователи, инженери и академични институции за решаване на сложни проблеми.
• Професионална виртуализация: Индустрии като здравеопазване и медицина, професионална обработка на видео, финансови симулации, прогнозиране на времето или нефт и газ разчитат на наистина високи работни станции, които могат да използват силата на паметта GDDR6X, за да рационализират и оптимизират работния си процес. Тези високопроизводителни работни станции са ключов случай за използване на новия GDDR6X.
• Изкуствен интелект: Технологиите с памет GDDRX се използват в изкуствения интелект и неговите производни като Deep Learning. Тези натоварвания стават все по-важни, както и широко разпространени, и решенията за високоскоростни изчисления като GDDRX определено могат да помогнат в това отношение.

GDDR6X ще намери своите приложения в много повече области на индустрията - Image; Micron Technology

Заключителни думи

GDDR6X е нов тип памет, която е разработена от Micron в тясно сътрудничество с Nvidia. Паметта използва нова технология, наречена PAM4 сигнализация, която е много иновативен архитектурен процес, при който ефективната скорост на предаване на данни се удвоява. Техниката на сигнализиране също намалява потреблението на енергия и по този начин прави паметта по-ефективна.

Nvidia внедри паметта в новите си карти RTX 3080 и RTX 3090 и това е само началото на евентуалното пускане на паметта на GDDR6X на пазара за игри. Паметта е по-лесна и по-евтина за производство от HBM2 и дава изключително обещаващи резултати, така че изглежда, че цялата индустрия рано или късно ще приеме този стандарт. В момента технологиите GDDRX се намират в много сектори, включително игри, HPC, професионална виртуализация и AI.