GDDR6X Tekniske forbedringer forklart

1. september^St., 2020 Nvidia kunngjorde sin splitter nye RTX 3000-serie med grafikkort som lovet enestående ytelsesnivåer ikke bare i tradisjonell rasterisert gjengivelse, men også i raytracing. RTX 3000-kortserien vil fortsette å bli noen av de raskeste kortene i markedet som konkurrerer med AMDs beste tilbud i RX 6000-serien. Ampere-baserte GPU som var inne i disse kortene var ganske rask på egen hånd, men den overlegne ytelsen var faktisk et resultat av en annen forbedring også.

En stor del av denne forestillingen kom fra minnet som var ombord på disse kortene. De to beste kortene i RTX 3000-serien, RTX 3080 og RTX 3090, hadde en helt ny minnetype som ikke hadde vært brukt i grafikkort for spillkvalitet før, kjent som GDDR6X. Denne nye minnetypen lovet dobbelt båndbredde sammenlignet med standard GDDR6 som ble funnet på RTX 2000-serien og AMD RX 6000-kortene. La oss se hva som gjør GDDR6X så spesiell.

Hva gjør VRAM akkurat?

Det meste av "tungløfting" når det gjelder grafisk prosessering, gjøres av kjernen i grafikkortet som er kjent som GPU. GPU er et veldig kraftig stykke silisium som er designet og optimalisert for å behandle grafiske oppgaver som spill. Den håndterer det meste av behandlingen som er nødvendig for å skyve rammene som skjermen viser. Men for å behandle store datamengder og forberede rammene raskt nok, trenger GPU noe å jobbe med. Dette er hvor VRAM kommer inn.

VRAM eller videominne er et veldig høyhastighetsminneskjema som lagres på selve grafikkortet slik at GPU har direkte tilgang til det. VRAM lagrer eiendeler og teksturer som kreves av spillet, slik at GPUen kan jobbe med dem når det er nødvendig og forberede rammene som må vises. Hvis VRAM ikke kan levere disse eiendelene og andre viktige data til GPUen raskt nok, kan brukeren oppleve avmatning, stamming eller til og med krasj. Generelt krever høyere oppløsninger som 1440p og 4K med høye grafiske innstillinger mer VRAM for å administrere og lagre disse eiendelene av høyere kvalitet, noe som betyr at du trenger en høyere kapasitet på VRAM hvis du vil spille på disse innstillingene ved disse oppløsningene. Samtidig trenger du minne med høyere hastighet for å kunne flytte dataene til GPU fra VRAM raskt nok. Dette er hvor minneteknologier som GDDR6X viser seg nyttige.

Mekanisme bak GDDR6X

Micron Technology (selskapet som produserer og leverer GDDR6X-minne til Nvidia og andre partnere) ga nylig ut noen detaljer om mekanismen bak GDDR6X-minne. Dette gir oss en bedre ide om hvordan denne teknologien er i stand til å oppnå de ekstremt høye båndbreddetallene.

PAM4-signalering

I motsetning til typiske datastier kalt "busser" som flytter data 1 bit av gangen, bruker GDDR6X en teknikk som kalles PAM4 (Four-Level Pulse Amplitude Modulation), som er en metode som kan sende 1 av 4 diskrete effektnivåer om gangen i stedet for av 2. Dette betyr at GDDR6X kan flytte 2 bits om gangen som dramatisk øker båndbredden. Micron har en historie med interessant innovasjon som dette, da den brakte bransjens første GDDR5, GDDR5X og nå GDDR6X-chips til masseproduksjon. Micron var den eneste produsenten av GDDR5X og er nå den eksklusive produsenten av GDDR6X. Micron hadde følgende å si om utviklingen av GDDR6X ved bruk av PAM4:

Det er imidlertid en begrensning som kommer med denne spennende nye teknologien. GDDR6 har en burstlengde på 16 byte (BL16), noe som betyr at hver av sine to 16-biters kanaler kan levere 32 byte per operasjon. GDDR6X har en burstlengde på 8 byte (BL8), men på grunn av PAM4-signalering vil hver av sine 16-biters kanaler også levere 32 byte per operasjon. Dette betyr at GDDR6X ikke er raskere enn GDDR6 på samme klokkehastighet. Dette betyr også at siden GDDR6X bærer dobbelt så mange signaler som GDDR6 i løpet av hver syklus, er det også mye mer effektivt. GDDR6X er 15% mer energieffektiv enn GDDR6 (7,25 pj / bit vs 7,5 pj / bit) på enhetsnivå, ifølge Micron.

Tett samarbeid med Nvidia

En stor drivkraft bak presset for høyere båndbredde og høyere hastigheter har vært Nvidia selv, som har samarbeidet tett med Micron i løpet av utviklings- og testfasen av GDDR6X-minnet. Nvidia er den eneste lanseringspartneren til Micron når det gjelder GDDR6X-minne, noe som betyr at den nye minnetypen vil være eksklusiv for Nvidia-kort i ganske lang tid. Nvidia har allerede installert det nye minnet på deres flaggskip GeForce-spillgrafikkort; RTX 3090 og RTX 3080, som dermed har fått enorme sprang i båndbredde over siste generasjon GDDR6.

Nvidia har også designet en helt ny minnekontroller og PHY for GDDR6X siden den bruker PAM4-signalering, og med utseendet til den har alt blitt designet internt av Nvidia selv. GDDR6X-teknologien burde også komme til flere kort fra Nvidia, spesielt TITAN- og Quadro-serien, som kan ha stor nytte av den økte båndbredden til GDDR6X kombinert med høyere kapasitet. Micron har også bekreftet at Nvidia ikke er en eksklusiv partner for GDDR6X, og at flere selskaper også vil få den nye minnestandarden senere. Dette betyr at vi kan forvente at AMDs Radeon-kort også har en slags GDDR6X-applikasjon når flere av disse kortene lanseres i fremtiden.

GDDR6X med PAM4 vs HBM2

Selv om GDDR6X med sin fancy nye PAM4-teknologi fremdeles er dyrere å produsere enn GDDR6, er det ikke engang nær kostnadene ved HBM2-produksjon. HBM eller High Bandwidth Memory virket virkelig som fremtiden for teknologi for grafikkortminne for et par generasjoner siden. AMD presset veldig hardt på å bringe HBM til det vanlige markedet, og de lanserte en serie virkelig overveldende GPUer med HBM ombord. The Fury og Vega-serien med grafikkort brukte High Bandwidth Memory, men dessverre var ikke GPU-kjernene raske nok til å gi dem noen form for fordel over Nvidia.

Det prangende HBM2-minnet ble igjen brakt tilbake i Radeon VII, AMDs nye high-end grafikkort basert på Vega-arkitekturen, men nå bygget på 7nm-prosessen. HBM2 inne i Vega-kortene var ekstremt dyr å produsere og hadde lave avkastninger, noe som førte til lavt tilbud og enda lavere etterspørsel. Radeon VII kunne ikke komme nær Nvidias flaggskip, RTX 2080Ti, og møtte EOL innen et år etter lanseringen. Det mye raskere Nvidia-flaggskipet bruker standard GDDR6.

AMD selv flyttet seg bort fra HBM-arbeidet etter en endring i selskapets hierarki, og flere høytstående medlemmer ble løst fra sine plikter. Den nye AMD Radeon flyttet raskt fra HBM-minnebesettelse og til mye mer realistiske minnevalg som GDDR6-minnet som finnes i RX 5000 og RX 6000-serien med GPUer. Hovedproblemet med HBM2 er produksjonen. Prosessen er ekstremt kjedelig og kostbar da HBM2 KGSDs (kjent god stablet matriser) må settes sammen på en halvlederfabrikk og deretter plasseres på en interposer ved siden av en GPU i et renrom av en annen fabrikk. Dette gjør produksjonen mye dyrere og arbeidskrevende enn GDDR6 eller til og med GDDR6X fordi GDDR6X ikke krever stabling, og den sendes som diskrete chips som kan loddes ned på en fabrikk.

Det er imidlertid en advarsel som må noteres her. GDDR6X-brikker trenger et veldig rent og stabilt signal, og det er grunnen til at Nvidia-minnekontrolleren på GA102 GPU som driver minnebrikken, nå sitter på en separat strømskinne. Dette sikrer at sjetongene får den nødvendige rene og stabile kraften de trenger for å fungere skikkelig.

PAM4 for fremtiden

PAM4-signalering er en interessant og virkelig spennende ny prosess som kan finne applikasjonene innen flere områder av PC-maskinvare. Mens den akkurat nå er begrenset til GDDR6X-applikasjonen i grafikkort, kan signalteknikken ha mange flere bruksområder i andre prosesser i fremtiden. Micron tror at fremtiden for minne er PAM 4-teknikken.

En annen interessant fremtidig anvendelse av PAM4-signalstandarden er PCIe Gen 6.0, som forfaller i 2021. Den bruker PAM4-signalering for å hente ut mer effektivitet og høyere datahastigheter. Siden PCIe har et veldig bredt adopsjonsspekter, vil CPU- og ASIC-selskaper til slutt måtte adoptere PAM4 og PCIe 6.0 på et tidspunkt. Kanskje en dag vil den også bli brukt i HBM2-minne for å gi uvirkelig båndbredde og hastighet, men det er bare spekulasjoner fra vår side.

Hvor brukes GDDRX?

Selv om vi legger fremtiden til side et sekund, brukes GDDR6X fortsatt i mange viktige applikasjoner i dag. Noen av de viktigste inkluderer:

Spill: Den største og mest populære bruken av GDDR6X-minne er selvfølgelig innen spill. Micron har levert GDDR6X-modulene til Nvidia for integrering i deres splitter nye RTX 3080 og RTX 3090 grafikkort. Dette minnet vil tillate dem å oppnå enestående tall når det gjelder minnebåndbredde og hastighet. Den første generasjonen av GDDR6X kan oppnå dataoverføringshastigheter på opptil 1 TB / s. Dette kan vise seg å være ekstremt gunstig når det gjelder neste generasjons spill.
HPC: GDDRX-teknologien brukes i HPC eller High-Performance Computing. Den er preget av svært parallelle beregninger som utfører avanserte applikasjonsprogrammer pålitelig, effektivt og så raskt som mulig. Disse databehandlingsløsningene brukes av forskere, forskere, ingeniører og akademiske institusjoner for å løse komplekse problemer.
Profesjonell virtualisering: Bransjer som helsetjenester og medisin, profesjonell etterbehandling av video, økonomiske simuleringer, værvarsling eller olje og gass er avhengige av virkelig avanserte arbeidsstasjoner som kan bruke kraften i GDDR6X-minne til å effektivisere og optimalisere arbeidsflyten. Disse høytytende arbeidsstasjonene er en viktig brukssak for den nye GDDR6X.
Kunstig intelligens: GDDRX-minneteknologiene brukes i kunstig intelligens og dets derivater som Deep Learning. Disse arbeidsmengdene blir mer og mer viktige, så vel som vanlige, og høyhastighets databehandlingsløsninger som GDDRX kan definitivt hjelpe i denne forbindelse.

Avsluttende ord

GDDR6X er en ny type minne som er utviklet av Micron i nært samarbeid med Nvidia. Minnet bruker en ny teknologi kalt PAM4-signalering, som er en veldig innovativ arkitektonisk prosess der den effektive dataoverføringshastigheten dobles. Signalteknikken senker også energiforbruket og gjør dermed minnet mer effektivt.

Nvidia har implementert minnet i sine nye RTX 3080- og RTX 3090-kort, og dette er bare begynnelsen på GDDR6X-minnets endelige utrulling i spillmarkedet. Minnet er enklere og billigere å produsere enn HBM2 og gir utrolig lovende resultater, så det virker som om hele bransjen kommer til å ta i bruk denne standarden før eller senere. Akkurat nå finnes GDDRX-teknologiene i mange sektorer, inkludert spill, HPC, profesjonell virtualisering og AI.