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顯存容量是顯卡上本地顯存的容量數,這是選擇顯卡的關鍵參數之一。顯存容量的大小決定著顯存臨時存儲數據的能力,在一定程度上也會影響顯卡的性能。

1 顯存容量 -概述

顯存容量顯存容量

在顯卡最大解析度方面,最大解析度在一定程度上跟顯存有著直接關係,因為這些像素點的數據最初都要存儲於顯存內,因此顯存容量會影響到最大解析度。在早期顯卡的顯存容量只具有512KB、1MB、2MB等極小容量時,顯存容量確實是最大解析度的一個瓶頸;但目前主流顯卡的顯存容量,就連64MB也已經被淘汰,主流的娛樂級顯卡已經是128MB、256MB或512MB,某些專業顯卡甚至已經具有1GB的顯存,在這樣的情況下,顯存容量早已經不再是影響最大解析度的因素。

在顯卡性能方面,隨著顯示晶元的處理能力越來越強大,特別是現在的大型3D遊戲和專業渲染需要臨時存儲的數據也越來越多,所需要的顯存容量也是越來越大,顯存容量在一定程度上也會影響到顯卡的性能。例如在顯示核心足夠強勁而顯存容量比較小的情況下,卻有大量的大紋理貼圖數據需要存放,如果顯存的容量不足以存放這些數據,那麼顯示核心在某些時間就只有閑置以等待這些數據處理完畢,這就影響了顯示核心性能的發揮從而也就影響到了顯卡的性能。

顯存容量顯存容量

值得注意的是,顯存容量越大並不一定意味著顯卡的性能就越高,因為決定顯卡性能的三要素首先是其所採用的顯示晶元,其次是顯存帶寬(這取決於顯存位寬和顯存頻率),最後才是顯存容量。一款顯卡究竟應該配備多大的顯存容量才合適是由其所採用的顯示晶元所決定的,也就是說顯存容量應該與顯示核心的性能相匹配才合理,顯示晶元性能越高由於其處理能力越高所配備的顯存容量相應也應該越大,而低性能的顯示晶元配備大容量顯存對其性能是沒有任何幫助的。例如市售的某些配備了512MB大容量顯存的Radeon 9550顯卡在顯卡性能方面與128MB顯存的Radeon 9550顯卡在核心頻率和顯存頻率等參數都相同時是完全一樣的,因為Radeon 9550顯示核心相對低下的處理能力決定了其配備大容量顯存其實是沒有任何意義的,而大容量的顯存反而還帶來了購買成本提高的問題。

2 顯存容量 -應用

顯存容量顯存容量

目前工作站顯卡所用的顯存容量一般都在64M、128M、256M甚至更大。

對於選擇多大的顯存容量合適,這取決於多種因素,比如應用的環境和硬體的相互制約關係,但通常來講可以參考下面公式:

顯存容量=顯示解析度×顏色位數/8bit。

比如現在顯示解析度基本都是1024x768,顏色位數為32bit,那麼需要的顯存容量=1024x768x32bit/8bit=3145728 byte,可是這針對是2D顯卡(普通平面),如果是3D加速卡,那麼需要的顯存容量為1024x768x32bitx3/8bit=9437184byte=9.216MB,這是最低需求,而且還必須增加一定的容量作為紋理顯示內存,否則當顯示資源被完全佔用時,計算機只有佔用主內存作為紋理內存,這樣的二次調用會導致顯示性能下降,因此作為真正的3D加速卡顯存容量一定大於9.216MB。目前工作站顯卡顯存都在64MB以上。比如2D繪圖應用,即使在1600x1200的情況下,它也最多是1600x1200x32bit/8bit=7680000byte=7.5MB,如果是三維繪圖比如3D Studio Max,那麼容量需求是7.5x3=22.5MB,不過這是最低需求,因此32MB容量的顯存是應付這類2D繪圖或者娛樂的視頻播放、普通三維設計。對於工作站而言,由於運行更大的軟體,更大的運算,所以顯存至少應該在64M以上。

顯存容量決定著顯存臨時存儲數據的多少,顯卡顯存容量有16MB、32MB、64MB、128MB幾種,16MB和32MB顯存的顯卡現在已較為少見,主流的是64MB和128MB的產品。還有部分產品採用了256MB的顯存容量,但要強調的是256MB的顯存,在目前家庭應用中並不能帶來性能的提升,略顯浪費。

另外還需要補充一點的就是顯存的速度。

早期的SDRAM顯存速度很慢,後來出現的DDR顯存逐漸成為主流。

在DDR兩倍速度於SD顯存的時候,面向高端顯卡的DDR2顯存橫空出世,使得顯存頻率得以高於600MHz。

現在的顯存用於低端的是DDR或者是DDR2,面向中高端的上DDR3,到06年,ATi的R580系列顯卡使用的顯存速度達到了1.8GHz!

顯存速度也是顯卡非常重要的一個參數。比如NV的GeForce6600。05年的6600標準版的顯存是DDR,速度標準為500,而後來推出的DDR2版的6600,在顯示核心(GPU)沒有任何改變的情況下,顯存變為800Mhz,性能卻提高了40%!所以顯存的速度也是非常重要的!

3 顯存容量 -GDDR5顯存

顯存容量顯存容量

在顯卡技術領域,隨著GPU性能的逐步提升,顯卡對顯存帶寬的需求也與日俱增,而GDDR3顯存已經無法滿足下一代GPU的需求。為此晶元廠商推出了GDDR4顯存顆粒,遺憾的是,相比GDDR3而言,GDDR4並沒有徹底解決功耗和帶寬問題,而且成本過於昂貴。晶元廠商則直接跳過了GDDR4,轉而發展GDDR5顯存顆粒,與GDDR3顯存顆粒相比,GDDR5具有哪些特點呢?

突破瓶頸:帶寬提升三倍

顯存帶寬決定了GPU與顯存之間的數據傳輸速率,通常來說顯存帶寬越大,顯卡性能就越出色,但要提高顯存帶寬,最直接有效的辦法是提升顯存位寬。遺憾的是,顯存位寬並不是由晶元技術決定,而是取決於板卡設計,它與顯存顆粒位寬和顯存頻率息息相關,在這點上,儘管GDDR3顯存顆粒是時下的主流,但面對採用RV770核心的新一代GPU(VPU)構架,如Radeon HD4870,GDDR3顯存顆粒已經呈現出了疲態,此時GDDR4或GDDR5顯存顆粒就是最好的補充。不過由於GDDR4顯存顆粒的頻率提升不夠顯著,加之顆粒參數上的限制,有時會造成性能缺陷,而GDDR5顯存顆粒卻擁有足夠大的帶寬。

顯存容量GDDR5的信號傳輸原理

根據公式:顯存帶寬=顯存頻率×顯存位寬。我們知道,如果要提高顯存帶寬,可以增加顯存工作頻率或顯存位寬,而要改變顯存位寬,最常見的辦法就是增加顯存顆粒數,這樣勢必提升顯卡成本,而且還會增加顯存的功耗。對於顯存顆粒廠商而言,提升顯存頻率以提升顯存帶寬成了一條主攻路線,而顯存頻率的大小,又主要取決於顯存顆粒的速度,GDDR5顯存顆粒就是通過採用最新的技術工藝,使得顯存晶元擁有更高的頻率。

據資料顯示,目前主流顯卡採用了GDDR3顯存顆粒,其每個引腳的數據傳輸率僅為1.6Gbps,單顯存顆粒(32bit)也只能提供6.4GB/s帶寬,而現在高速的GDDR5顯存顆粒每個引腳的數據傳輸率可以達到5Gbps(即傳輸頻率為5GHz,時鐘頻率為2.5GHz)或6Gbps,單顯存顆粒(32bit)可以提供20GB/s帶寬(即5GHz×32bit/8),如果搭配同數量、同顯存位寬的顯存顆粒,GDDR5顯存顆粒提供的總帶寬是GDDR3的3倍以上,譬如顯卡的顯存位寬為256bit,其數據傳輸率可以達到160GB/s,如果使用主流512bit配置設計,顯卡數據吞吐可以達到驚人的320GB/s帶寬。

顯存容量GDDR5的帶寬高達6Gbps
 
小貼士:顯存的引腳是指顯存顆粒與內存PCB上的金屬觸點,顯存晶元在封裝后,顯存與PCB需要通過金屬觸點進行信號傳輸,對於GDDR5顯存而言,由於其採用了FBGA封裝形式,為此柱狀焊點按陣列形式分佈在封裝下面,並向晶元中心方向引出,其優點是有效地縮短了信號的傳導距離,信號傳輸線的長度僅是TSOP封裝(薄型小尺寸封裝)的1/4,降低了抗干擾,也提升了性能,而「每引腳數據傳輸率」指的是每個金屬觸點所能提供的數據傳輸速度。

高效節能:功耗降低20℅

毫無疑問,相比GDDR3或GDDR4顯存顆粒而言,GDDR5顯存顆粒最大的亮點就是擁有更高的帶寬,但顯存頻率的提升,也增加了晶元功耗,這會制約顯卡性能的發揮。從技術標準來看,GDDR3顯存顆粒的工作電壓為1.8V,而GDDR4及GDDR5的工作電壓都為1.5V,不過GDDR4並沒有解決高功耗、高發熱的問題,導致GDDR4顯存顆粒的功耗反而比GDDR3高,這也是造成GDDR4顯存顆粒的頻率停留在1GHz~1.4GHz的主要原因。

相比GDDR4顯存顆粒而言,GDDR5顯存顆粒不單單將數據傳輸率提升了一倍,它還擁有更低的工作功耗。據了解,得益於優秀的電源管理技術,GDDR5顯存顆粒會比 GDDR4省電20℅左右。譬如在空閑時自動降低顯存的頻率,功耗和發熱量得到了很好的控制。而且在製程技術上,GDDR4顯存顆粒採用的是80nm甚至90nm工藝製程,而GDDR5顯存顆粒將採用66nm或55nm工藝製程,並採用170FBGA封裝方式(是指採用了FBGA封裝,並擁有170個球狀觸點),從而大大減小了晶元體積,晶元密度也可以做到更高,為此進一步降低了顯存晶元的發熱量。

對於顯卡來說,基於應用需求的不同,涉及大量圖形數據處理的GPU需要更快的顯存支持,GPU自身也因此具有驚人的內存位寬,而面對下一代512bit位寬的顯卡,GPU必須與頻率更高的顯存晶元配合,如果讓頻率相對較低的GDDR3顯存顆粒去搭配Radeon HD4870顯卡,顯然無法發揮GPU的性能潛力,而使用55nm工藝製程的GDDR5顯存顆粒就正好門當戶對。這不僅僅可以實現低功耗,還能讓顯卡內部的協調更有效,從而最大限度地發揮顯卡性能。

顯存容量GDDR5的製造工藝更高

新技術:讓顯卡更穩定

正是由於GDDR5顯存顆粒具有低功耗、高性能的特點,為此還有利於提高顯卡電路設計的穩定性,顯卡在實際應用中,可以獲得更高的數據安全性,因而相比GDDR4的誤糾正技術,該技術可以檢測顯存在讀取和寫入數據的錯誤,而且可實現同步檢測並修正。譬如發現有數據讀寫有錯誤或數據傳輸不同步,錯誤糾正技術能夠實現快速重新發送,以確保顯卡能夠穩定運行。

顯存容量GDDR5的錯誤糾正技術

GDDR5顯存顆粒還加入了一項「適應性界面計時」技術,該技術可以根據系統的實際需要,自動調節顯存可伸縮的位元組。此舉可以讓數據傳輸更加高效,同時還具有節能的效果,確保顯卡的穩定運行。對於顯卡廠商而言,利用「適應性界面計時」技術還可以減少PCB板的成本,讓顯卡更加廉價。GDDR5顯存顆粒還有一項「DEO(數據眼優化)」技術,它支持時間延遲調整,允許廠商自行設定延遲,讓顯卡可以滿足不同用戶的應用需求。此外,「數據眼優化」技術還能對界面驅動、工作電壓等進行優化和調節,不僅可以提升顯卡性能,也讓顯卡PCB板和電路設計更加穩定。

顯存容量GDDR5的數據優化技術
  
高顯存帶寬:引爆PCI-E 2.0

對於高端顯卡來說,PCI-E 2.0顯卡搭配GDDR5顯存顆粒是十分必要的,PCI-E 2.0介面帶寬達到了單向8GB/s(雙向16GB/s),充足的介面帶寬對於高性能GPU會有明顯的性能提升,但如果只搭配GDDR4顯存顆粒,顯存帶寬低了不少,也就意味著顯卡性能大打折扣,從實際應用角度來看,隨著GPU性能越來越強,以及SLI、Quad SLI雙模式甚至多核心顯卡的推出,GDDR5顯存顆粒與PCI-E 2.0規格的雙雙聯合,會讓顯卡GPU的3D性能得到充分發揮。而且也降低了顯卡成本,讓主流顯卡更具競爭力。

寫在最後:GDDR5市場趨勢

與GDDR4相比,GDDR5擁有高性能、低功耗、穩定性更好等優勢,它更能滿足3D圖形帶寬的發展需求。我們可以斷定,儘管GDDR4早已在市場上開始應用,但它只是過渡性的臨時方案,GDDR5才代表未來的主流趨勢。據了解,在2007年的高端圖形市場中,GDDR4僅佔了10%的市場,2008年GDDR4市場的成長幅度較快,但仍無法在一年之內成為主導。而在2008年下半年,奇夢達、三星、現代等廠商將會開始大規模量產GDDR5晶元,而且將佔顯卡市場7%的份額,預計到2009年,GDDR5將會超過20%的市場佔有率,2010年時將成為主流,此時GDDR4的市場將被徹底擠占。NVIDIA、ATI及Intel已經開始準備在下一代顯卡,如Radeon HD4870上採用GDDR5顯存。

顯存容量GDDR5能提供的帶寬

總的來看,GDDR5 顯存顆粒可大幅提升繪圖硬體效能,同時為軟體設計師帶來更大空間,讓遊戲及繪圖世界能更加真實,減少因顯存頻率、帶寬不足而造成的瓶頸。在顯存容量上,目前主流顯卡為512MB、768MB,儘管相比此前的256MB有突破性提升,但依然無法滿足雙核CPU在大型程序下的數據交換需要。採用GDDR5顯存后,顯卡顯存的容量起點將是512MB,這讓入門級顯卡也擁有了出色的3D性能,而且屆時1GB顯存容量將成為市場主流。為了滿足市場需求,預計到2009年,顯存晶元商將會推出更高容量的顯存顆粒。到那時候,GDDR5顯存將全面統領顯卡市場。

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