一代强一代：GDDR显存的发展历程

　　关于显存的小档案

　　在文章开始之前，还是让我们先去翻一下显存的“小档案”，看看有什么东西是我们必须要知道的。

图1 显存“仓库”的容量、频率与位宽

　　显存和内存有很多共同点，比方说工作原理—都是易失性存储设备(掉电便会丢失信息)；容量单位—都是按MB(兆字节)来计算；位宽大小—都是按照bit来计算等等。如果往前数三代(辈)，显存和内存还真是“一家人”，那时候很多显卡用的就是内存颗粒。

　　不过后来随着技术的发展，人们对显存的要求也越来越高。在原来“一家人”的基础上显存已经衍生出了GDDR、GDDR2、GDDR3以及最新的GDDR4等不同的版本；而内存的进化则相对缓慢很多，到目前为止只有DDR和DDR2(更老之前的SDRAM显存和内存颗粒几乎没有区别，所以我们在此不作讨论)。

　　容量、频率和位宽无疑是显存非常重要的三个参数。容量是指“仓库的大小”，频率表示进出仓库“传送带的速度”，而位宽则是“传送带的条数”。

　　在知道了这些之后，“进出仓库的货流量”又如何来计算呢？

　　公式1：显存的带宽=位宽×频率÷8bit/Byte

　　说到这里大家就明白了，对于显存这个“大仓库”而言，最重要的两个参数一个是容量，而另一个就是带宽。

　　GDDR诞生的前因后果

　　早在SDRAM时代，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，所以普通的SDRAM就可以满足要求。

　　本是同根生的状况一直持续到DDR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，这其中包括了两方面的因素：

　　1．GPU要求高密度的寻址能力。由于GPU工作性质的特殊性，它经常需要与显存交换大量的突发性数据，这就要求显存必须具有更大的容量和更高的数据带宽。最早的显存使用16MB/16bit的芯片，后来升级到32MB/32bit，一直到现在的64MB/32bit，将来甚至还会有更高的规格出现。而内存颗粒虽然容量有所提升，但是位宽一直维持在8bit。

图2 早先用在GeForce MX200上的SDRAM颗粒

　　2．GPU要求更高的传输性能。显存颗粒与GPU配套使用时，一般都经过专门的设计和优化。为了更好的控制性能功耗比，显存颗粒的电压要明显低于内存颗粒，而频率又要高于内存颗粒，例如现在已经公布的最高内存数据频率是1333MHz，而显存的数据频率早已超过了1600MHz，2000MHz的显存芯片也即将上市。

　　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。

　　你知道如何来计算显存颗粒的容量和位宽吗？

　　一般来说，现在的主流显卡都会有8个显存位置(有时候在一面上 ，有时候正反各四)，我们在外包装上可以找到关于显卡的参数说明，比方说256MB/128bit。如果8个显存位置都焊上了显存，那么每个显存颗粒的容量/位宽就是32MB/16bit，如果只用到其中的四个位置(另外四个位置空焊)，那每个颗粒就是64MB/32bit*。反过来，如果你知道单颗芯片的容量和位宽，就可以反推整块显卡的容量和位宽。

图3 显卡的容量和位宽：图示为丽源7800GTX，256MB/256bit，从图中我们可以看到8个显存位置中只用到4个；如果需要的时候，可以使用8颗64MB/32bit的显存组成512MB/256bit的规格

　　*注释：这种PCB设计原本是为更高规格的显卡而准备的，将剩下的四个空焊位置补齐就是512MB/256bit。

　　初生牛犊的第一代显存—GDDR

　　GDDR显存作为第一代专用的显存芯片，采用了2bit预取技术(Double Data Rate DRAM，图4)—简单地讲，就是在一个数据时钟周期内可以传递两次数据(这些参数与DDR内存颗粒是完全一样的)。这种做法可以比SDRAM多出一倍的数据传输量，而发热量却没有明显增加。

图4 GDDR显存的核心时钟频率、数据时钟频率与数据传输频率

图5 TSOP封装的GDDR显存，事实上因为GDDR与内存DDR颗粒基本上没有什么区别，所以在很多人看来“GDDR”与“DDR”是可以“划等号”的

　　让数据传输频率数倍于核心时钟频率的设计非常优秀，这也为GDDR以后的发展奠定了基础—只需在原有基础上继续增大预取值即可。GDDR显存多采用TSOP封装技术(后期产品也有少部分使用FBGA封装的)，TSOP封装的特点在于颗粒呈长方形，针脚位于颗粒两侧，所以很好识别(图5)。GDDR成本低廉，而且技术非常成熟，使用2.5V的工作电压，由于频率不高发热量也很小，所以直到现在我们仍然可以在中低端显卡上看到它们的身影。