顯存發展的新趨勢

　顯存發展的新趨勢

前言
　　隨著人們對現代臺式機和筆記本電腦的處理器和系統內存的要求日益嚴格，對圖形控制器和顯存的性能要求也越來越高。在這種發展趨勢下，系統內存從DDR1（雙數據率）SDRAM升級到了DDR2 SDRAM。在顯存領域，也在進行同樣的升級換代——在高端領域，GDDR1向GDDR3轉換幾近完成，GDDR3繼承了GDDR2中實現的新功能；在主流顯存領域，x16DDR1正在向x16DDR2轉換。與GDDR1相比，新的GDDR3圖形標準大幅提升了系統的圖形性能，可滿足高端獨立式圖形系統市場的需求。

　　由于工藝改進，DDR SDRAM的時鐘頻率不斷提高。當前端總線為800MHz的處理器和雙通道內存架構剛剛問世之時，非緩沖型DDR400 DIMM模塊成為了高性能臺式機的標準配置。PC系統內存的下一代同步DRAM被稱為DDR2，它在DDR標準的基礎上實現了大量改進，顯著增強了系統內存性能。伴隨著這種演進，顯存的性能和架構也在不斷改進，而GDDR3（圖形DDR 3）的推出更是將目光瞄準了標志性的1 GHz。
　　GDDR3－－工作頻率高達1 GHz
　　與系統內存不同，顯存必須通過快速點到點運算來支持大量像素處理和顯示。因此，時鐘頻率或帶寬至關重要。自英飛凌公司推出顯存DDR技術以來，目前GDDR1顯存在圖形市場大有一統天下之勢，而GDDR2則少人問津。GDDR1顯存的時鐘頻率一般在300 MHz至500 MHz左右。如今，GDDR3使時鐘頻率從500 MHz躍升至800 MHz左右，甚至更快。例如，如果系統內存總線為256位，那么，借助800MHz GDDR3顯存，可以實現51.2GBps的內存帶寬。
　　從根本上講，GDDR3與面向系統內存的DDR2標準十分類似，不過它為高時鐘頻率進行了優化。GDDR3顯存和GDDR1顯存之間的主要區別是：工作電壓從2.5伏降至1.8伏；芯片上信號端接（片上端接）；動態可控阻抗輸出驅動；4位預取；單向單端數據選通。這些功能可帶來更高時鐘頻率、更出色的信號完整性和更低功耗。將電源電壓從2.5 V降至1.8 V實現了功耗降低，但不會降低頻率，或者可以更高頻率的運行而不會增加功耗。得益于這些改進，如今GDDR3顯存能夠實現比原來高得多的時鐘頻率。
　　在更高的傳輸頻率下，信號線路必須利用一定的阻抗進行端接，以防止能量反射導致信號干擾。GDDR1采用的是板載端接，而GDDR3的片上端接則是直接在內存芯片上實現的。
　　支持可靠的高速信號點到點傳輸的另一個重要功能特征是阻抗適當的VDDQ端接。GDDR3的I/O接口采用了偽開漏邏輯設計，總線分別端接至兩端：位于信號源的動態可控的40歐姆阻抗驅動，和位于信號目的端的片上端接（60歐姆）。

　　發展史
　　歸功于其特別適用于圖形應用的特殊功能（如寄存器），早期的顯存就已大大優于標準RAM。然而，隨著顯存的發展，一代又一代新的顯存對這些特殊特性的利用卻越來越少，顯存變得與標準RAM十分接近。不過，對更高時鐘頻率的關注仍日益增加。
　　2001年，英飛凌科技公司發布了面向功能強大的三維圖形應用的128Mb DDR－SGRAM（同步圖形RAM）模塊。之前，英飛凌公司已成功地推出了首款DDR顯存－－32Mb DDR-SGRAM，顯著提高了三維圖形應用的圖像品質。這個128Mb SGRAM的結構為4M x 32，是適用于32位、64位和128位總線應用的理想顯存。
　　該模塊也是首款采用符合JEDEC標準的球柵陣列（BGA）封裝的顯存，支持的時鐘頻率高達300 MHz。采用BGA封裝的顯存占用的板上空間不足TSOP或TQFP封裝顯存所需空間的一半。此外，BGA封裝還具備更佳散熱及電氣性能。
　　
　　集成顯卡和獨立顯卡
　　比如最新計算機游戲（擁有復雜場景和栩栩如生環境及造型）這樣的圖形應用，為頂級處理器性能和高速顯存設立了基準，同時也為此開發出了專用圖形處理器和顯存。它們不僅能夠完全應對這些挑戰，而且卸載了CPU和/或系統內存的部分負荷。總的來講，圖形系統可以分為兩類：集成式和獨立式。就集成式圖形系統而言，圖形處理器集成到了臺式機或筆記本電腦的主板上，并共用系統內存。當然，這就意味著圖形控制器會受到系統內存帶寬的限制。圖形數據需要從主板輸出至顯示器。
　　在獨立式圖形系統中，圖形控制器擁有專用顯存，直接向顯示器輸出，并在獨立的板卡上擁有單獨的邏輯電路（圖形卡也可用于升級PC）。獨立式圖形系統通過一個高速總線（AGP：圖形加速端口）連接至主板。AGP總線可以533 MHz的速率提供一個32位接口，從而可實現每秒2GBps的數據率。新的PCI Express接口標準甚至可以實現最高達8GBps的數據率。在獨立式架構下，圖形系統獨立于系統內存，可以為訪問專用顯存提供更高帶寬。
　　顯存的性能主要取決于幀緩沖器的大小和數據帶寬。iSupply公司的市場分析師按性能（以及相應的價格）將顯存分為如下幾級：發燒友級/高性能級、主流級和經濟型。實時計算運動中的三維場景所需的全部信息（如紋理詳情或模型坐標）均暫時保存在幀緩沖器中。因此，圖形系統的幀緩沖器的大小和速率對圖形應用的分辨率、顏色數量和流暢的播放效果有著至關重要的影響。通常，經濟型圖形系統的幀緩沖為64 MB，而當今的高端圖形系統的幀緩沖能達到256 MB。在內存帶寬方面，不同級別的圖形系統之間的差距則更加明顯。目前，經濟型系統可為圖形控制器和幀緩沖器提供3.2GBps帶寬（64位總線帶寬；200 MHz內存時鐘頻率），而高端圖形系統則可實現十倍于其的帶寬：32GBps帶寬（256位總線帶寬；500 MHz內存時鐘頻率）。顯然，根據性能要求，圖形系統需要不同類型的顯存。高端圖形系統（發燒友級和主流高端產品）需要大量顯存、較寬接口（x 32位結構）和更高工作頻率（> 500 MHz）。另一方面，經濟型系統則要盡量降低成本。所以，經濟型產品往往采用更小、速度更慢的內存和較窄的接口（x 16位結構）。