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GDDR3顯卡值得買?顯存技術(shù)分析與測(cè)試

    泡泡網(wǎng)顯卡頻道7月9日 顯存對(duì)于一款專業(yè)游戲顯卡來(lái)說(shuō)，重要性不言而喻，顯存顆粒體質(zhì)的好壞同樣關(guān)乎玩家們超頻的樂(lè)趣，時(shí)代變遷技術(shù)發(fā)展，曾經(jīng)的GDDR3和如今的GDDR5到底有哪些性能上的提升呢？為什么常見(jiàn)的中高端游戲顯卡配備GDDR5顯存，低端顯卡有配備GDDR3顯存？GDDR5到底強(qiáng)在哪里？?jī)烧哂泻尾煌?？我們帶著這些問(wèn)題走進(jìn)今天的技術(shù)探究。

● GDDR3：一代王者GDDR3源于DDR2技術(shù)

    無(wú)論GDDR還是GDDR2，由于在技術(shù)方面與DDR/DDR2并無(wú)太大差別，因此最終在頻率方面GDDR并不比DDR高太多。在經(jīng)歷了GDDR2的失敗之后，兩大圖形巨頭NVIDIA和ATI對(duì)JEDEC組織慢如蝸牛般的標(biāo)準(zhǔn)制訂流程感到越來(lái)越失望，認(rèn)為他們制定的顯存不能適應(yīng)GPU快節(jié)奏的產(chǎn)品更新?lián)Q代周期，于是NVIDIA和ATI的工作人員積極參與到了JEDEC組織當(dāng)中，以加速顯存標(biāo)準(zhǔn)的起草及制定。

    雙方一致認(rèn)為，顯存與內(nèi)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的應(yīng)用方面完全不同，在內(nèi)存核心頻率(電容刷新頻率)無(wú)法提升的情況下，單純提高I/O頻率來(lái)獲得高帶寬很不現(xiàn)實(shí)。因此，必須要有一種針對(duì)高速點(diǎn)對(duì)點(diǎn)環(huán)境而重新定義的I/O接口。于是GDDR3誕生了，這是第一款真正完全為GPU設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器。

    GDDR3和GDDR2/DDR2一樣，都是4Bit預(yù)取架構(gòu)，GDDR3主要針對(duì)GDDR2高功耗高發(fā)熱的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，并提升傳輸效率來(lái)緩解高延遲的負(fù)面影響。

    GDDR2只有一條數(shù)據(jù)選擇脈沖（DQS），是單一雙向的，而GDDR3則擁有讀與寫(xiě)兩條獨(dú)立的DQS，而且是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)計(jì)。這樣做的好處在于，在讀取之后如果馬上進(jìn)行寫(xiě)入時(shí)，不必再等DQS的方向轉(zhuǎn)變，由此實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)操作的快速切換。

    相比GDDR2/DDR2，GDDR3的讀寫(xiě)切換動(dòng)作可以少一個(gè)時(shí)鐘周期，如果需要對(duì)某一個(gè)連續(xù)的區(qū)塊同時(shí)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，GDDR3的速度就要比GDDR2快一倍。

    由于存儲(chǔ)單元自身的特性，內(nèi)存顆粒的邏輯Bank是無(wú)法同時(shí)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的，并不存在“全雙工”一說(shuō)，但GDDR3的這項(xiàng)改進(jìn)讓順序讀寫(xiě)成為可能。GPU本身緩存很小，與顯存之間的數(shù)據(jù)交換極其頻繁，讀寫(xiě)操作穿插進(jìn)行，因此GDDR3點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)計(jì)的DQS可以讓顯存存儲(chǔ)效率大增。但對(duì)于CPU來(lái)說(shuō)，讀寫(xiě)切換并不如GPU那么頻繁，而且CPU擁有大容量的二三級(jí)緩存，所以GDDR3這種設(shè)計(jì)并不能極大的提升內(nèi)存帶寬，也沒(méi)有引入到下一代DDR3當(dāng)中。

    同時(shí)GDDR3也對(duì)I/O控制電路和終結(jié)電阻進(jìn)行了修改，它不再沿用GDDR2的“推式（Push Pull）”接收器，而將其改為虛擬開(kāi)極邏輯方式（Pseudo Open Drain Logic），并且通過(guò)將所有的三相數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)移到本位電路上，來(lái)簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理，將DC電流壓至最小，只有當(dāng)邏輯LOW移至總線上時(shí)才會(huì)消費(fèi)電力，從而很好的控制了功耗和發(fā)熱。

    即便使用了8bit預(yù)取技術(shù)，可GDDR4還是沒(méi)有與GDDR3拉開(kāi)頻率差距，因?yàn)槠款i在I/O控制器上面而不是內(nèi)核，而GDDR5就是用來(lái)解決這一瓶頸的。

● GDDR5：恐怖的頻率是如何達(dá)成的

    和GDDR4一樣，GDDR5采用了DDR3的8bit預(yù)取技術(shù)，核心頻率顯然不是瓶頸，如何提升I/O頻率才是當(dāng)務(wù)之急。但GDDR5并沒(méi)有讓I/O頻率翻倍，而是使用了兩條并行的DQ總線，從而實(shí)現(xiàn)雙倍的接口帶寬。

GDDR5各項(xiàng)總線工作頻率示意圖

    雙DQ總線的結(jié)果就是，GDDR5的針腳數(shù)從GDDR3/4的136Ball大幅增至170Ball，相應(yīng)的GPU顯存控制器也需要重新設(shè)計(jì)。GDDR5顯存擁有多達(dá)16個(gè)物理Bank，這些Bank被分為四組，雙DQ總線交叉控制四組Bank，達(dá)到了實(shí)時(shí)讀寫(xiě)操作，一舉將數(shù)據(jù)傳輸率提升至4GHz以上！

    以往GDDR1/2/3/4和DDR1/2/3的數(shù)據(jù)總線都是DDR技術(shù)(通過(guò)差分時(shí)鐘在上升沿和下降沿各傳輸一次數(shù)據(jù))，官方標(biāo)稱的頻率X2就是數(shù)據(jù)傳輸率，也就是通常我們所說(shuō)的等效頻率。而GDDR5則不同，它有兩條數(shù)據(jù)總線，相當(dāng)于Rambus的QDR技術(shù)，所以官方標(biāo)稱頻率X4才是數(shù)據(jù)傳輸率。比如HD4870官方顯存頻率是900MHz，而大家習(xí)慣稱之為3600MHz。

    NVIDIA對(duì)于GDDR5當(dāng)然很感興趣，但卻一點(diǎn)都不著急，保守的NVIDIA決定堅(jiān)守GDDR3，GTX200核心使用了512Bit顯存控制器來(lái)提升帶寬。比起R600的環(huán)形總線，NVIDIA從256Bit到384Bit再到512Bit一步一個(gè)腳印走出來(lái)的交叉總線顯然更加成熟。

    以256Bit對(duì)抗512Bit，ATI只能將籌碼全部押在GDDR5身上，于是在GDDR5標(biāo)準(zhǔn)尚未完全確立之前，ATI已經(jīng)在緊鑼密鼓的測(cè)試性能，并督促DRAM廠投產(chǎn)?？梢哉f(shuō)GDDR5和GDDR2/4一樣也是個(gè)早產(chǎn)兒，但失敗乃成功之母，有了完善的技術(shù)規(guī)格和制造工藝的支持，GDDR5一出世便令人刮目相看。

    我們目前從大部分的顯卡身上都可以看到GDDR5顯存顆粒的身影，GDDR5在GDDR3/4優(yōu)秀特性的基礎(chǔ)上，還有諸多改進(jìn)和新特性，下面就對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)分析。

• 數(shù)據(jù)和地址總線轉(zhuǎn)位技術(shù)：信號(hào)質(zhì)量高、功率消耗少

    在1Byte數(shù)據(jù)中的8個(gè)值中，如果超過(guò)一半的數(shù)值是0，那么GDDR5就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行轉(zhuǎn)位傳輸，把0變成1、1變成0，通過(guò)1個(gè)附加的DBI(數(shù)據(jù)總線轉(zhuǎn)位值)來(lái)判定數(shù)據(jù)流是正位還是反位。GDDR5的這項(xiàng)技術(shù)是從GDDR4繼承發(fā)展而來(lái)的。

    DRAM在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，只有0會(huì)消耗電能，減少0的傳輸數(shù)量，既能保證信號(hào)質(zhì)量，也能減少內(nèi)部終結(jié)電阻和外部終結(jié)電路的功率消耗。GDDR5的地址總線也使用了類似的技術(shù)，通過(guò)額外的ABI通道來(lái)轉(zhuǎn)位數(shù)據(jù)流，從而較少信號(hào)噪聲，并降低功耗。

• 智能的可編程I/O控制接口：簡(jiǎn)化PCB設(shè)計(jì)和成本

    GDDR5對(duì)I/O控制器做了很多改進(jìn)，加入了全新的自動(dòng)校準(zhǔn)引擎，保證GDDR5顯存顆粒更好的適應(yīng)GPU顯存控制器的需求，確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠。

    自動(dòng)校準(zhǔn)引擎可以監(jiān)控電壓和溫度變化，通過(guò)校驗(yàn)數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)通電阻與ODT終結(jié)電阻值來(lái)作出補(bǔ)償，數(shù)據(jù)、地址、指令終結(jié)電阻都可以被軟件或驅(qū)動(dòng)控制。

GDDR5的針腳更多，但布線更簡(jiǎn)潔

    此外GDDR5還能支持時(shí)間延遲和信號(hào)強(qiáng)度調(diào)整，靈活的協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)同步，以往通過(guò)“蛇形走線”平衡延遲的方法徹底成為歷史，GDDR5沒(méi)有這種顧慮，因此能極大的簡(jiǎn)化PCB布線和成本，并有利于沖擊更高頻率。

• 數(shù)據(jù)遮蓋技術(shù)：減輕數(shù)據(jù)總線壓力

    GDDR5的Burst Length（對(duì)相鄰存儲(chǔ)單元連續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹芷跀?shù)）是8bit，也就是說(shuō)GDDR5顆粒一次至少要傳輸256bit數(shù)據(jù)，但很多時(shí)候并不是所有的數(shù)據(jù)都需要被改寫(xiě)，導(dǎo)致無(wú)效的數(shù)據(jù)傳輸。

    為此，GDDR5使用了一項(xiàng)數(shù)據(jù)遮蓋技術(shù)，通過(guò)地址線傳輸保護(hù)信息，所有被保護(hù)的數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中就不會(huì)被改寫(xiě)，只有暴露的數(shù)據(jù)才會(huì)被寫(xiě)入新的數(shù)據(jù)。如此以來(lái)，GDDR5的數(shù)據(jù)線壓力減輕不少，功耗發(fā)熱也得到進(jìn)一步控制。

• 誤差補(bǔ)償技術(shù)：提高傳輸效率，避免災(zāi)難性錯(cuò)誤

    為了保證數(shù)據(jù)在高速傳輸過(guò)程中的有效性，GDDR5新增一項(xiàng)錯(cuò)誤偵測(cè)與修正技術(shù)。GDDR5使用了成熟的CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)），通過(guò)DQ和DBI總線，實(shí)時(shí)檢查錯(cuò)誤，第一時(shí)間重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

    這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于高頻率傳輸數(shù)據(jù)尤為重要，它能有效的減少數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰的概率，大幅減少了由超頻或高溫導(dǎo)致的一系列問(wèn)題，而且能夠一定程度上提升數(shù)據(jù)傳輸效率。

• 折疊模式：32bit顆粒當(dāng)作16bit用

    GDDR5作為高端顯卡專用的顯卡，只有32bit的顆粒。由于GDDR5擁有兩條并行的數(shù)據(jù)總線，這就使得GDDR5的工作模式變得更加靈活，它既可以工作在32bit模式下也可以工作在16bit模式下。這樣一個(gè)32bit顯存控制器就可以控制兩顆GDDR5顯存，顯存容量可以輕松翻倍。

    其實(shí)，GDDR3/4都可以通過(guò)這種方式擴(kuò)充顯存容量，但原理則完全不同。此前必須GPU的顯存控制器在設(shè)計(jì)時(shí)支持雙Bank模式才能支持更多的顯存顆粒。而現(xiàn)在，8顆GDDR5顯存總計(jì)256bit可以直接被128bit的GPU使用，從而簡(jiǎn)化了顯存控制器設(shè)計(jì)，HD4770就是很好的例子。

    此次測(cè)試的顯卡主要定位高端，測(cè)試時(shí)所有游戲中開(kāi)啟全部特效，包括4X抗鋸齒（AA）和16X各向異性過(guò)濾（AF）。雖然很多游戲提供了更高精度的AA，但由于實(shí)用價(jià)值不高，且沒(méi)有可對(duì)比性，所以不做測(cè)試。

    也有部分顯示器是（1920x1200），游戲在這種分辨率下的性能表現(xiàn)與1920x1080差不多，F(xiàn)PS稍低一點(diǎn)點(diǎn)，使用這種顯示器的朋友依然可以參考我們的測(cè)試成績(jī)。

● 測(cè)試平臺(tái)主板：技嘉Z87X-UD3H

    Z87X-UD3H就是8系主板中的主力軍，這款I(lǐng)ntel Z87芯片組的主板采用LGA1150接口，用于搭配第四代酷睿處理器使用。全能是這款產(chǎn)品的最好概括：IR全數(shù)字供電方案帶來(lái)最效率電氣性能，兩倍銅、兩倍金奢華用料保證最堅(jiān)固品質(zhì)，全新的BIOS界面、應(yīng)用中心讓技嘉主板有了更多亮點(diǎn)。這款產(chǎn)品之中，足以見(jiàn)證技嘉走上王座的決心。

● 測(cè)試平臺(tái)電源：Antec HCP1200

    安鈦克Antec HCP1200電源在世界超頻大賽中非常常見(jiàn)，通過(guò)了80PLUS認(rèn)證，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)92.4%，支持4路12V輸出，最高電流72A，支持四卡SLI/交火。平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間為10萬(wàn)小時(shí)。配備一顆8cm靜音風(fēng)扇，運(yùn)行噪音極低。

●測(cè)試平臺(tái)SSD：OCZ Vetrx3 240GB

    OCZ的Vertex系列屬于它的高端固態(tài)硬盤(pán)，專門(mén)為高端玩家和存儲(chǔ)發(fā)燒友設(shè)計(jì)。隨著Sandforce控制器大紅大紫，OCZ也將Vertex系列升級(jí)到了全新的SF1200方案。如今SATA3.0 6Gbps接口大行其道，OCZ推出了基于SF2200系列主控芯片的Vertex 3固態(tài)硬盤(pán)，涵蓋60-480GB容量范圍。

    說(shuō)了這么多關(guān)于兩種主流顯存顆粒的技術(shù)分析，可能有些玩家已經(jīng)看得很頭暈了，不過(guò)沒(méi)關(guān)系，技術(shù)方面的知識(shí)大家了解下就足夠了，因?yàn)閷?duì)于我們玩家來(lái)說(shuō)，最重要的是想知道在游戲性能方面兩種顯存顆粒到底存在多大區(qū)別？GDDR5提升到底有多大？ok，下面我們就通過(guò)兩款同型號(hào)顯卡在不同顯存顆粒下的實(shí)測(cè)表現(xiàn)來(lái)看一看GDDR5和GDDR3他們到底如何。

    既然針對(duì)平臺(tái)不同，測(cè)試項(xiàng)目自然也相去甚遠(yuǎn)。三大平臺(tái)除了PC追求極致性能外，筆記本和平板都受限于電池和移動(dòng)因素，性能不是很高，因此之前的3Dmark11雖然有三檔可選，依然不能準(zhǔn)確衡量移動(dòng)設(shè)備的真實(shí)性能。