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GDDR3顯卡值得買?顯存技術(shù)分析與測試

    泡泡網(wǎng)顯卡頻道7月9日 顯存對于一款專業(yè)游戲顯卡來說，重要性不言而喻，顯存顆粒體質(zhì)的好壞同樣關(guān)乎玩家們超頻的樂趣，時代變遷技術(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到底強在哪里？兩者有何不同？我們帶著這些問題走進今天的技術(shù)探究。

● GDDR3：一代王者GDDR3源于DDR2技術(shù)

    無論GDDR還是GDDR2，由于在技術(shù)方面與DDR/DDR2并無太大差別，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JEDEC組織慢如蝸牛般的標(biāo)準(zhǔn)制訂流程感到越來越失望，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)無法提升的情況下，單純提高I/O頻率來獲得高帶寬很不現(xiàn)實。因此，必須要有一種針對高速點對點環(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)計的存儲器。

    GDDR3和GDDR2/DDR2一樣，都是4Bit預(yù)取架構(gòu)，GDDR3主要針對GDDR2高功耗高發(fā)熱的缺點進行改進，并提升傳輸效率來緩解高延遲的負(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則擁有讀與寫兩條獨立的DQS，而且是點對點設(shè)計。這樣做的好處在于，在讀取之后如果馬上進行寫入時，不必再等DQS的方向轉(zhuǎn)變，由此實現(xiàn)讀寫操作的快速切換。

    相比GDDR2/DDR2，GDDR3的讀寫切換動作可以少一個時鐘周期，如果需要對某一個連續(xù)的區(qū)塊同時讀寫數(shù)據(jù)時，GDDR3的速度就要比GDDR2快一倍。

    由于存儲單元自身的特性，內(nèi)存顆粒的邏輯Bank是無法同時讀寫數(shù)據(jù)的，并不存在“全雙工”一說，但GDDR3的這項改進讓順序讀寫成為可能。GPU本身緩存很小，與顯存之間的數(shù)據(jù)交換極其頻繁，讀寫操作穿插進行，因此GDDR3點對點設(shè)計的DQS可以讓顯存存儲效率大增。但對于CPU來說，讀寫切換并不如GPU那么頻繁，而且CPU擁有大容量的二三級緩存，所以GDDR3這種設(shè)計并不能極大的提升內(nèi)存帶寬，也沒有引入到下一代DDR3當(dāng)中。

    同時GDDR3也對I/O控制電路和終結(jié)電阻進行了修改，它不再沿用GDDR2的“推式（Push Pull）”接收器，而將其改為虛擬開極邏輯方式（Pseudo Open Drain Logic），并且通過將所有的三相數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)移到本位電路上，來簡化數(shù)據(jù)處理，將DC電流壓至最小，只有當(dāng)邏輯LOW移至總線上時才會消費電力，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還是沒有與GDDR3拉開頻率差距，因為瓶頸在I/O控制器上面而不是內(nèi)核，而GDDR5就是用來解決這一瓶頸的。

● GDDR5：恐怖的頻率是如何達成的

    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并沒有讓I/O頻率翻倍，而是使用了兩條并行的DQ總線，從而實現(xiàn)雙倍的接口帶寬。

GDDR5各項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。GDDR5顯存擁有多達16個物理Bank，這些Bank被分為四組，雙DQ總線交叉控制四組Bank，達到了實時讀寫操作，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)(通過差分時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對于GDDR5當(dāng)然很感興趣，但卻一點都不著急，保守的NVIDIA決定堅守GDDR3，GTX200核心使用了512Bit顯存控制器來提升帶寬。比起R600的環(huán)形總線，NVIDIA從256Bit到384Bit再到512Bit一步一個腳印走出來的交叉總線顯然更加成熟。

    以256Bit對抗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)在緊鑼密鼓的測試性能，并督促DRAM廠投產(chǎn)?？梢哉fGDDR5和GDDR2/4一樣也是個早產(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，還有諸多改進和新特性，下面就對它們進行詳細(xì)分析。

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

    在1Byte數(shù)據(jù)中的8個值中，如果超過一半的數(shù)值是0，那么GDDR5就會自動執(zhí)行轉(zhuǎn)位傳輸，把0變成1、1變成0，通過1個附加的DBI(數(shù)據(jù)總線轉(zhuǎn)位值)來判定數(shù)據(jù)流是正位還是反位。GDDR5的這項技術(shù)是從GDDR4繼承發(fā)展而來的。

    DRAM在傳輸數(shù)據(jù)時，只有0會消耗電能，減少0的傳輸數(shù)量，既能保證信號質(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)，通過額外的ABI通道來轉(zhuǎn)位數(shù)據(jù)流，從而較少信號噪聲，并降低功耗。

• 智能的可編程I/O控制接口：簡化PCB設(shè)計和成本

    GDDR5對I/O控制器做了很多改進，加入了全新的自動校準(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。

    自動校準(zhǔn)引擎可以監(jiān)控電壓和溫度變化，通過校驗數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動器導(dǎo)通電阻與ODT終結(jié)電阻值來作出補償，數(shù)據(jù)、地址、指令終結(jié)電阻都可以被軟件或驅(qū)動控制。

GDDR5的針腳更多，但布線更簡潔

    此外GDDR5還能支持時間延遲和信號強度調(diào)整，靈活的協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)同步，以往通過“蛇形走線”平衡延遲的方法徹底成為歷史，GDDR5沒有這種顧慮，因此能極大的簡化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（對相鄰存儲單元連續(xù)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹芷跀?shù)）是8bit，也就是說GDDR5顆粒一次至少要傳輸256bit數(shù)據(jù)，但很多時候并不是所有的數(shù)據(jù)都需要被改寫，導(dǎo)致無效的數(shù)據(jù)傳輸。

    為此，GDDR5使用了一項數(shù)據(jù)遮蓋技術(shù)，通過地址線傳輸保護信息，所有被保護的數(shù)據(jù)在傳輸過程中就不會被改寫，只有暴露的數(shù)據(jù)才會被寫入新的數(shù)據(jù)。如此以來，GDDR5的數(shù)據(jù)線壓力減輕不少，功耗發(fā)熱也得到進一步控制。

• 誤差補償技術(shù)：提高傳輸效率，避免災(zāi)難性錯誤

    為了保證數(shù)據(jù)在高速傳輸過程中的有效性，GDDR5新增一項錯誤偵測與修正技術(shù)。GDDR5使用了成熟的CRC（循環(huán)冗余校驗），通過DQ和DBI總線，實時檢查錯誤，第一時間重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

    這項技術(shù)對于高頻率傳輸數(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，GDDR3/4都可以通過這種方式擴充顯存容量，但原理則完全不同。此前必須GPU的顯存控制器在設(shè)計時支持雙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256bit可以直接被128bit的GPU使用，從而簡化了顯存控制器設(shè)計，HD4770就是很好的例子。

    此次測試的顯卡主要定位高端，測試時所有游戲中開啟全部特效，包括4X抗鋸齒（AA）和16X各向異性過濾（AF）。雖然很多游戲提供了更高精度的AA，但由于實用價值不高，且沒有可對比性，所以不做測試。

    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稍低一點點，使用這種顯示器的朋友依然可以參考我們的測試成績。

● 測試平臺主板：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)字供電方案帶來最效率電氣性能，兩倍銅、兩倍金奢華用料保證最堅固品質(zhì)，全新的BIOS界面、應(yīng)用中心讓技嘉主板有了更多亮點。這款產(chǎn)品之中，足以見證技嘉走上王座的決心。

● 測試平臺電源：Antec HCP1200

    安鈦克Antec HCP1200電源在世界超頻大賽中非常常見，通過了80PLUS認(rèn)證，轉(zhuǎn)換效率高達92.4%，支持4路12V輸出，最高電流72A，支持四卡SLI/交火。平均無故障運行時間為10萬小時。配備一顆8cm靜音風(fēng)扇，運行噪音極低。

●測試平臺SSD：OCZ Vetrx3 240GB

    OCZ的Vertex系列屬于它的高端固態(tài)硬盤，專門為高端玩家和存儲發(fā)燒友設(shè)計。隨著Sandforce控制器大紅大紫，OCZ也將Vertex系列升級到了全新的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，涵蓋60-480GB容量范圍。

    說了這么多關(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，不過沒關(guān)系，技術(shù)方面的知識大家了解下就足夠了，因為對于我們玩家來說，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，下面我們就通過兩款同型號顯卡在不同顯存顆粒下的實測表現(xiàn)來看一看GDDR5和GDDR3他們到底如何。

    既然針對平臺不同，測試項目自然也相去甚遠。三大平臺除了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)確衡量移動設(shè)備的真實性能。