Pojasnjene tehnične izboljšave GDDR6X

1. septembra^st, 2020 Nvidia je napovedala svojo povsem novo serijo grafičnih kartic RTX 3000, ki je obljubljala izjemne ravni zmogljivosti ne le pri tradicionalnem rasteriziranem upodabljanju, temveč tudi pri sledenju žarkom. Karte RTX 3000 bodo v prihodnosti postale nekatere najhitrejše kartice na trgu, ki tekmujejo z AMD-jevo ponudbo v seriji RX 6000. Grafični procesor, ki temelji na Ampereju in je bil znotraj teh kartic, je bil sam po sebi precej hiter, vendar je bila izjemno zmogljiva pravzaprav tudi rezultat novega izboljšanja.

GDDR6X obljublja, da bo dosegel raven pasovne širine in hitrosti brez primere - Slika: Micron Technology

Velik del te zmogljivosti je prišel iz spomina, ki je bil na teh karticah. Dve zgornji kartici serije RTX 3000, RTX 3080 in RTX 3090, sta imeli povsem novo vrsto pomnilnika, ki prej ni bila uporabljena na igralnih grafičnih karticah, znano kot GDDR6X. Ta nova vrsta pomnilnika je obljubljala dvojno pasovno širino v primerjavi s standardno GDDR6, ki je bila najdena na seriji RTX 2000 in seriji AMD RX 6000. Poglejmo, kaj naredi GDDR6X tako posebnega.

Kaj točno počne VRAM?

Večino 'težkega dvigovanja' v smislu grafične obdelave opravi jedro grafične kartice, ki je znano kot GPU. GPU je zelo močan kos silicija, ki je zasnovan in optimiziran za obdelavo grafičnih nalog, kot so igre. Obravnava večino obdelave, ki je potrebna za potiskanje okvirjev, ki jih prikazuje vaš monitor. Toda, da bi obdelal velike količine podatkov in dovolj hitro pripravil okvire, mora GPU nekaj delati. Tu pride VRAM.

VRAM ali Video Memory je zelo hitra pomnilniška oblika, ki je shranjena na sami grafični kartici, tako da ima GPU neposreden dostop do nje. VRAM shranjuje sredstva in teksture, ki jih zahteva igra, tako da lahko grafični procesor na njih po potrebi deluje in pripravi okvire, ki jih je treba prikazati. Če VRAM teh sredstev in drugih ključnih podatkov ne more dostaviti na GPU dovolj hitro, lahko uporabnik doživi upočasnitev, jecljanje ali celo zrušitve. Na splošno višje ločljivosti, kot sta 1440p in 4K z visoko grafičnimi nastavitvami, zahtevajo več VRAM-a za upravljanje in shranjevanje teh kakovostnejših elementov, kar pomeni, da potrebujete večjo zmogljivost VRAM-a, če želite igrati pri teh nastavitvah pri teh ločljivostih. Hkrati potrebujete pomnilnik z večjo hitrostjo, da lahko podatke iz VRAM-a dovolj hitro premaknete na GPU. Tu se izkažejo v pomoč pomnilniške tehnologije, kot je GDDR6X.

Mehanizem za GDDR6X

Micron Technology (podjetje, ki proizvaja in dobavlja pomnilnik GDDR6X Nvidii in drugim partnerjem) je nedavno objavilo nekaj podrobnosti o mehanizmu, ki stoji za pomnilnikom GDDR6X. To nam daje boljšo predstavo o tem, kako lahko ta tehnologija doseže izredno visoke pasovne širine.

Signalizacija PAM4

Za razliko od tipičnih podatkovnih poti, imenovanih 'vodili', ki premikajo podatke 1 bit naenkrat, GDDR6X uporablja tehniko, imenovano PAM4 (štiristopenjska impulzna amplitudna modulacija), ki je metoda, ki lahko namesto tega pošlje 1 od 4 diskretnih nivojev moči. od 2. To pomeni, da lahko GDDR6X premakne 2 bita hkrati, kar močno poveča pasovno širino. Micron ima že zgodovino zanimivih inovacij, kot je ta, saj je v serijsko proizvodnjo prinesel prve čipe GDDR5, GDDR5X in zdaj GDDR6X. Micron je bil edini proizvajalec GDDR5X in je zdaj ekskluzivni proizvajalec GDDR6X. Micron je o razvoju GDDR6X z uporabo PAM4 povedal naslednje:

'Pri Micronu smo znanstvenike že od leta 2006 preučevali, kako uporabiti PAM4 v spominu,' je povedal Ralf Ebert, Micronov direktor grafičnega segmenta. »Namenoma sem rekel znanstvenike, ker bi razlikoval med razvijalci in znanstveniki. To so bili moški, ki so resnično delali temelje za inovacijo. V bistvu so uporabili to tehnologijo PAM4 in poskušali ugotoviti, kako jo lahko uporabimo v DRAM-u. Znanstveniki so morali delati vzporedno z razvijalci GDDR, fanti, ki so podpisali čip, «je dejal Ebert. 'Zelo tesno so sodelovali tudi s sistemskimi in proizvodnimi inženirji, ki izzive razumejo s sistemskega vidika in z vidika množične proizvodnje.'

Obstaja omejitev, ki jo prinaša ta razburljiva nova tehnologija. GDDR6 ima rafalno dolžino 16 bajtov (BL16), kar pomeni, da lahko vsak od njegovih dveh 16-bitnih kanalov na operacijo odda 32 bajtov. GDDR6X ima rafalno dolžino 8 bajtov (BL8), vendar bo zaradi signalizacije PAM4 vsak od njegovih 16-bitnih kanalov dobil tudi 32 bajtov na operacijo. To pomeni, da GDDR6X pri enakih taktnih hitrostih ni hitrejši od GDDR6. To tudi pomeni, da je GDDR6X med vsakim ciklom dvakrat več signalov kot GDDR6, zato je tudi veliko bolj učinkovit. Po podatkih Microna je GDDR6X za 15% učinkovitejši od GDDR6 (7,25 pj / bit vs 7,5 pj / bit) na ravni naprave.

Signalizacija PAM4 je revolucionarna tehnika v pomnilniški tehnologiji - Slika: Micron Technology

Tesno sodelovanje z Nvidijo

Velika gonilna sila prizadevanja za večjo pasovno širino in večje hitrosti je bila sama Nvidia, ki je v fazi razvoja in preizkušanja pomnilnika GDDR6X tesno sodelovala z Micronom. Nvidia je edini partner Microna pri zagonu pomnilnika GDDR6X, kar pomeni, da bo nova vrsta pomnilnika še nekaj časa ekskluzivna za kartice Nvidia. Nvidia je nov pomnilnik že namestila na svoje vodilne igralne grafične kartice GeForce; RTX 3090 in RTX 3080, ki sta tako postali ogromen preskok pasovne širine nad GDDR6 zadnje generacije.

Popolne specifikacije pomnilnika GDDR6X - slika: Micron Technology

Nvidia je za GDDR6X zasnovala tudi povsem nov pomnilniški krmilnik in PHY, saj uporablja signalizacijo PAM4, na videz pa je vse skupaj zasnovala Nvidia sama. Tehnologija GDDR6X bi prav tako morala prihajati na več kartic Nvidie, zlasti seriji TITAN in Quadro, ki bi ji lahko koristila povečana pasovna širina GDDR6X skupaj z večjimi zmogljivostmi. Micron je tudi potrdil, da Nvidia ni ekskluzivni partner za GDDR6X in da bi kasneje nov pomnilniški standard dobilo tudi več podjetij. To pomeni, da lahko pričakujemo, da bodo AMD-ove kartice Radeon imele tudi nekakšno aplikacijo GDDR6X, ko se bo v prihodnosti začelo pojavljati več teh kartic.

GDDR6X s PAM4 proti HBM2

Čeprav je GDDR6X s svojo novo modno tehnologijo PAM4 še vedno dražji za izdelavo kot GDDR6, to niti približno ne ustreza stroškom proizvodnje HBM2. HBM ali High Bandwidth Memory se je pred nekaj generacijami resnično zdel prihodnost tehnologije pomnilnikov grafičnih kartic. AMD si je močno prizadeval, da bi HBM pripeljal na običajni trg, in na trg so sprožili vrsto izjemno zmogljivih grafičnih procesorjev. Grafične kartice Fury in Vega so uporabljale High Bandwidth Memory, a na žalost njihova jedra GPU niso bila dovolj hitra, da bi jim omogočila kakršno koli prednost pred Nvidijo.

Prefinjen spomin HBM2 je znova vrnil Radeon VII, nova vrhunska AMD-jeva grafična kartica, ki temelji na arhitekturi Vega, a je zdaj zgrajena po 7-nm postopku. HBM2 znotraj kartic Vega je bil izredno drag za izdelavo in je imel nizke donose, kar je povzročilo nizko ponudbo in še manjše povpraševanje. Radeon VII se ni mogel približati Nvidijinemu vodilnemu modelu, RTX 2080Ti, in se je v enem letu po predstavitvi soočil z EOL. Precej hitrejši vodilni Nvidia uporablja standardni GDDR6.

AMD se je po spremembi v hierarhiji podjetja oddaljil od svojih prizadevanj HBM in več visokih članov je bilo razrešenih dolžnosti. Novi AMD Radeon se je hitro oddaljil od obsedenosti s pomnilnikom HBM in k veliko bolj realističnim pomnilniškim odločitvam, kot je pomnilnik GDDR6, ki ga najdemo v RX 5000 GPU serije RX 6000 . Glavna težava HBM2 je njegova proizvodnja. Postopek je izredno dolgočasen in drag, saj je treba KGSD-je HBM2 (znane in dobro zložene matrice) sestaviti v polprevodniški napravi in ​​nato namestiti na vmesnik poleg GPU-ja v čisti sobi druge fabrike. Zaradi tega je proizvodnja veliko dražja in zahtevnejša od GDDR6 ali celo GDDR6X, ker GDDR6X ne zahteva zlaganja in je dobavljen kot diskretni čipi, ki jih je mogoče spajati v tovarni.

GDDR6X zagotavlja vodilno raven pasovne širine v industriji - Slika: Micron Technology

Vendar je tu treba opozoriti na eno opozorilo. GDDR6X čipi potrebujejo zelo čist in stabilen signal, zato pomnilniški krmilnik Nvidia na grafičnem procesorju GA102, ki napaja pomnilniške čipe, zdaj sedi na ločeni napajalni vodi. To zagotavlja, da čipi dobijo potrebno čisto in stabilno moč, ki jo potrebujejo za pravilno delovanje.

PAM4 za prihodnost

Signalizacija PAM4 je zanimiv in res vznemirljiv nov postopek, ki lahko najde svoje aplikacije na več področjih računalniške strojne opreme. Čeprav je trenutno na grafičnih karticah omejena na uporabo GDDR6X, ima lahko tehnika signalizacije v prihodnosti veliko več uporab v drugih procesih. Micron res verjame, da je prihodnost spomina tehnika PAM 4.

'Torej, GDDR6X smo tam, kjer smo predstavili PAM4, in to vsekakor lahko vidimo naprej,' je dejal Micronov direktor grafičnega pomnilnika. »Potencialno je mogoče PAM4 uporabiti v drugih pomnilniških standardih. Možno je ali verjetno, da bodo tovrstno tehnologijo uporabljale korporacije s CPU ali naši drugi procesorji. '

Druga zanimiva prihodnja uporaba signalnega standarda PAM4 je PCIe Gen 6.0, ki naj bi izšel leta 2021. Uporablja signalizacijo PAM4 za pridobivanje večje učinkovitosti in višjih hitrosti prenosa podatkov. Ker ima PCIe zelo širok razpon sprejetja, bodo morala CPU in ASIC podjetja sčasoma sprejeti PAM4 in PCIe 6.0. Mogoče se bo nekoč uporabljal tudi v pomnilniku HBM2 za zagotavljanje neresnične pasovne širine in hitrosti, vendar je to le špekulacija z naše strani.

Kje se uporablja GDDRX?

Tudi če za sekundo pustimo prihodnost na stran, se GDDR6X še danes uporablja v številnih pomembnih aplikacijah. Nekateri pomembni so:

• Igre: Največja in najbolj priljubljena uporaba pomnilnika GDDR6X je seveda v igrah. Micron je Nvidiji zagotovil module GDDR6X za integracijo v njuni popolnoma novi grafični kartici RTX 3080 in RTX 3090. Ta pomnilnik jim bo omogočil, da dosežejo izjemne številke glede pomnilniške pasovne širine in hitrosti. Prva generacija GDDR6X lahko doseže hitrost prenosa podatkov do 1TB / s. To se lahko izkaže za zelo koristno pri igranju iger naslednje generacije.
• HPC: Tehnologija GDDRX se uporablja pri HPC ali visokozmogljivem računalništvu. Zanj so značilni zelo vzporedni računi, ki izvajajo napredne aplikacijske programe zanesljivo, učinkovito in čim hitreje. Te računalniške rešitve uporabljajo znanstveniki, raziskovalci, inženirji in akademske institucije za reševanje zapletenih problemov.
• Profesionalna virtualizacija: Industrije, kot so zdravstvo in medicina, profesionalna naknadna obdelava videoposnetkov, finančne simulacije, napovedovanje vremena ali nafta in plin, se zanašajo na resnično vrhunske delovne postaje, ki lahko z močjo pomnilnika GDDR6X poenostavijo in optimizirajo svoj potek dela. Te visoko zmogljive delovne postaje so ključni primer uporabe novega GDDR6X.
• Umetna inteligenca: Pomnilniške tehnologije GDDRX se uporabljajo v umetni inteligenci in njenih derivatih, kot je globoko učenje. Te delovne obremenitve postajajo vedno bolj pomembne in razširjene, pri tem pa lahko zagotovo pomagajo rešitve za visoke hitrosti, kot je GDDRX.

GDDR6X bo našel svoje aplikacije na številnih drugih področjih industrije - Image; Micron Technology

Končne besede

GDDR6X je nova vrsta pomnilnika, ki jo je Micron razvil v tesnem sodelovanju z Nvidijo. Spomin uporablja novo tehnologijo, imenovano PAM4 signalizacija, ki je zelo inovativen arhitekturni postopek, pri katerem se efektivna hitrost prenosa podatkov podvoji. Tehnika signalizacije tudi zmanjša porabo energije in s tem naredi pomnilnik bolj učinkovit.

Nvidia je pomnilnik vgradila v novi kartici RTX 3080 in RTX 3090 in to je šele začetek morebitnega uvajanja pomnilnika GDDR6X na igralni trg. Izdelava pomnilnika je enostavnejša in cenejša kot HBM2 in daje izjemno obetavne rezultate, zato se zdi, da bo celotna industrija slej ko prej sprejela ta standard. Trenutno tehnologije GDDRX najdemo v številnih sektorjih, vključno z igrami, HPC, profesionalno virtualizacijo in umetno inteligenco.