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沧海桑田话存贮 内存/显存发展编年史

  作为显示卡的重要组成部分,显存一直随着显示芯片的发展而逐步改变着。从早期的EDORAM、MDRAM、SDRAM、SGRAM、VRAM、WRAM、GDDR历代到今天广泛采用的GDDR5显存经历了很多代的进步。

● FPM DRAM

  FPM DRAM(Fast Page Mode RAM): 快速页面模式内存。是一种在486时期被普遍应用的内存(也曾应用为显存)。72线、5V电压、带宽32bit、基本速度60ns以上。它的读取周期是从DRAM阵列中某一行的触发开始,然后移至内存地址所指位置,即包含所需要的数据。第一条信息必须被证实有效后存至系统,才能为下一个周期作好准备。这样就引入了“等待状态”,因为CPU必须傻傻的等待内存完成一个周期。FPM之所以被广泛应用,一个重要原因就是它是种标准而且安全的产品,而且很便宜。但其性能上的缺陷导致其不久就被EDO DRAM所取代。

EDO

  EDO (Extended Data Out) DRAM,与FPM相比EDO DRAM的速度要快5%,这是因为EDO内设置了一个逻辑电路,借此EDO可以在上一个内存数据读取结束前将下一个数据读入内存。设计为系统内存的EDO DRAM原本是非常昂贵的,只是因为PC市场急需一种替代FPM DRAM的产品,所以被广泛应用在第五代PC上。EDO显存可以工作在75MHz或更高,但是其标准工作频率为66 MHz,不过其速度还是无法满足显示芯片的需要,也早成为“古董级”产品上才有的显存。

    SDRAM,即Synchronous DRAM(同步动态随机存储器),曾经是PC电脑上最为广泛应用的一种内存类型。既然是“同步动态随机存储器”,那就代表着它的工作速度是与系统总线速度同步的。SDRAM内存又分为PC66、PC100、PC133等不同规格,比如PC100,那就说明此内存可以在系统总线为100MHz的电脑中同步工作。与系统总线速度同步,也就是与系统时钟同步,这样就避免了不必要的等待周期,减少数据存储时间。SDRAM采用3.3伏工作电压,168Pin的DIMM接口,带宽为64位。

    SDRAM时代之前,显卡上用的“显存颗粒”与内存条上的“内存颗粒”是完全相同的。在那个时候,GPU本身的运算能力有限,对数据带宽的要求自然也不高,所以内存颗粒就可以满足要求。

某TNT2显卡,使用的是PC166的SDR内存颗粒

● SGRAM

  SGRAM是Synchronous Graphics DRAM的缩写,意思是同步图形RAM是种专为显卡设计的显存,是一种图形读写能力较强的显存,由SDRAM改良而成。它改进了过去低效能显存传输率较低的缺点,为显示卡性能的提高创造了条件。SGRAM读写数据时不是一一读取,而是以"块"(Block)为单位,从而减少了内存整体读写的次数,提高了图形控制器的效率。但其设计制造成本较高,更多的是应用于当时较为高端的显卡,后被GDDR显存所取代。

内存满足不了显卡的需求,显存应运而生

    本是同根生的状况一直持续到SDR和DDR交接的时代,其实最早用在显卡上的DDR颗粒与用在内存上的DDR颗粒仍然是一样的。后来由于GPU特殊的需要,显存颗粒与内存颗粒开始分道扬镳,这其中包括了几方面的因素:

    1. GPU需要比CPU更高的带宽。GPU不像CPU那样有大容量二三级缓存,GPU与显存之间的数据交换远比CPU频繁,而且大多都是突发性的数据流,因此GPU比CPU更加渴望得到更高的显存带宽支持。

    位宽×频率=带宽,因此提高带宽的方法就是增加位宽和提高频率,但GPU对于位宽和频率的需求还有其它的因素。

    2.显卡需要高位宽的显存。显卡PCB空间是有限的,在有限的空间内如何合理的安排显存颗粒,无论高中低端显卡都面临这个问题。从布线、成本、性能等多种角度来看,显存都需要达到更高的位宽。

    最早的显存是单颗16bit的芯片,后来升级到32bit,将来甚至还会有更高的规格出现。而内存则没有那么多要求,多年来内存条都是64bit,所以单颗内存颗粒没必要设计成高位宽,只要提高容量就行了,所以位宽一直维持在4/8bit。

    3.显卡能让显存达到更高的频率。显存颗粒与GPU配套使用时,一般都经过专门的设计和优化,而不像内存那样有太多顾忌。GPU的显存控制器比CPU或北桥内存控制器性能优异,而且显卡PCB可以随意的进行优化,因此显存一般都能达到更高的频率。而内存受到内存PCB、主板走线、北桥CPU得诸多因素的限制很难冲击高频率

  由此算来,显存与内存“分家”既是意料之外,又是情理之中的事情了。为了更好地满足显卡GPU的特殊要求,一些厂商(如三星等)推出了专门为图形系统设计的高速DDR显存,称为“Graphics Double Data Rate DRAM”,也就是我们现在常见的GDDR。

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