Что такое видеопамять компьютера

Чем отличаются поколения видеопамяти

Содержание

Содержание

Память, будь то оперативная память или видеопамять, является неотъемлемой частью современного компьютера. Сегодня вкратце узнаем, как все начиналось, как работает, почему диагностические программы показывают неверные частоты, в чем измеряется производительность памяти, как рассчитывается пропускная способность памяти и почему «МГц» для памяти — некорректное выражение.

До 2000-ых годов использовалась оперативная память стандарта SDR.

Потом ей на смену пришел новый стандарт памяти — DDR, который имел удвоенную пропускную способность памяти за счет передачи данных как по восходящим, так и по нисходящим фронтам тактового сигнала. Первоначально память такого типа, как и SDR, применялась в видеоплатах, но позднее появилась поддержка со стороны чипсетов.

DDR (Double Data Rate) расшифровывается как «удвоенная скорость передачи данных».

Таким образом, за один такт передается вдвое больше информации. Увеличилось количество передаваемой информации, реальная частота памяти осталась неизменной. Вместе с этим появилось такие понятия как эффективная частота, которая стала в два раза больше реальной.

Именно с приходом стандарта DDR появилась путаница с реальной и эффективной частотой работы памяти.

Реальная частота — частота шины модуля памяти. Эффективная частота — удвоенная частота шины модуля.

Как можно видеть, реальная частота памяти составляет 1900 МГц, в то время как эффективная в 2 раза больше — 3800 МГц, потому что за один такт теперь поступает вдвое больше данных.

Для того чтобы информация передавалась с удвоенной скоростью, она должна поступать из массива памяти вдвое быстрее. Реализовали это с помощью удвоения внутренней ширины модуля памяти. Благодаря чему за одну команду чтения мы стали получать сразу 2n единицы данных. Для стандарта DDR n = 1. Такая архитектура была названа n-prefetch (предвыборка). У памяти стандарта DDR, одной командой, при чтении, передается от ядра к буферу ввода-вывода две единицы данных.

Вместе с ростом производительности уменьшилось рабочее напряжение с 3.3V у SDR до 2.5V у DDR. Это позволило снизить энергопотребление и температуру, что дало возможность повысить рабочие частоты. На самом деле, потребление и, как следствие, нагрев, — это одна из самых больших проблем оперативной памяти того времени. При полном чтении всего модуля объемом 2 Гбайта память потребляет до 25 Ватт.

Оперативная память стандарта DDR2 пришла на смену стандарту DDR в 2003 году, правда, поддерживающие ее чипсеты появились годом позже. Основное отличие DDR2 от DDR заключается в увеличенной вдвое частоте работы внутренней шины, по которой данные поступают в буфер «ввод-вывод». Передача на внутреннюю шину теперь осуществляется по технологии (4n-Prefetch), одной командой из массива памяти к буферу поступает 4 единицы данных.

Таким способом удалось поднять пропускную способность в два раза, не увеличивая частоту работы чипов памяти. Это выгодно с точки зрения энергоэффективности, да и количество годных чипов, способных работать на меньшей частоте, всегда больше. Однако у данного способа увеличения производительности есть и минусы: при одинаковой частоте работы DDR2 и DDR временные задержки у DDR2 будут значительно выше, компенсировать которые можно только на более высоких частотах работы.

Рабочее напряжение понизилось почти на 30% до 1.8V.

На основе стандарта DDR для видеокарт в 2000 году был разработан новый стандарт памяти GDDR.

Технически GDDR и DDR похожи, только GDDR разработан для видеокарт и предназначен для передачи очень больших объемов данных.

GDDR (Graphics Double Data Rate) расшифровывается как двойная скорость передачи графических данных.

Несмотря на то, что они используются в разных устройствах, принципы работы и технологии для них очень похожи.

Главным отличием GDDR от DDR является более высокая пропускная способность, а также другие требования к рабочему напряжению.

Разработкой стандарта видеопамяти GDDR2 занималась компания NVIDIA. Впервые она была опробована на видеокарте GeForce FX 5800 Ultra.

GDDR2 это что-то среднее между DDR и DDR2. Память GDDR2 работает при напряжении 2.5V, как и DDR, однако обладает более высокими частотами, что вызывает достаточно сильный нагрев. Это и стало настоящей проблемой GDDR2. Долго данный стандарт на рынке не задержался.

Буквально чуть позже компания ATI представила GDDR3, в которой использовались все наработки DDR2. В GDDR3, как и DDR2, реализована технология 4n-Prefetch при операции записи данных. Память работала при напряжении 2V, что позволило решить проблему перегрева, и обладала примерно на 50% большей пропускной способностью, чем GDDR2. Несмотря на то, что разработкой стандарта занималась ATI, впервые его применила NVIDIA на обновленной видеокарте GeForce FX 5700 Ultra. Это дало возможность уменьшить общее энергопотребление видеокарты примерно на 15% по сравнению с GeForce FX 5700 Ultra с использованием памяти GDDR2.

Современные типы видеопамяти

На сегодняшний день наиболее распространенными типами видеопамяти являются GDDR5 и GDDR6, однако до сих пор в бюджетных решениях можно встретить память типа GDDR3-GDDR4 и даже DDR3.

GDDR3

GDDR4

Стандарт GDDR5 появился в 2008 году и пришел на смену стандарту GDDR4, который просуществовал совсем недолго, так и не получив широкое распространение вследствие не лучшего соотношения цена/производительность.

GDDR5 спроектирована с использованием наработок памяти DDR3, в ней используется 8-битовый Prefetch. Учитывая архитектурные особенности (используются две тактовые частоты CK и WCK), эффективная частота теперь в четыре раза выше реальной, а не в два, как было раньше. Таким способом удалось повысить эффективную частоту до 8 ГГц, а вместе с ней и пропускную способность в два раза. Рабочее напряжение составило 1.5V.

GDDR5X — улучшенная версия GDDR5, которая обеспечивает на 50% большую скорость передачи данных. Это было достигнуто за счет использования более высокой предварительной выборки. В отличие от GDDR5, GDDR5X использует архитектуру 16n Prefetch.

GDDR5X способна функционировать на эффективной частоте до 11 ГГц. Данная память использовалась только для топовых решений NVIDIA 10 серии GTX1080 и GTX1080Ti.

Память стандарт GDDR6 появился в 2018 году. GDDR6, как и GDDR5X, имеет архитектуру 16n Prefetch, но она разделена на два канала. Хотя это не улучшает скорость передачи данных по сравнению GDDR5X, оно позволяет обеспечить большую универсальность.

Сейчас данная память активно используется обоими производителями видеокарт в новой линейке NVIDIA серий GeForce 20 и 16 (кроме некоторых решений: GTX 1660 и GTX 1650, так как в них используется память GDDR5). При покупке нужно внимательно изучить характеристики видеокарты, потому как разница в производительности от типа памяти в данном случаи достигает от 5 до 15%. В то время как разница в цене совершенно несущественна.

GDDR5

GDDR6

Также тип памяти GDDR6 активно используется компанией AMD в видеокартах RX 5000 серии.

На начальном этапе GDDR6 способна функционировать с эффективной частотой 14 ГГц. Это позволяет удвоить пропускную способность относительно GDDR5. В дальнейшем эффективная частота будет увеличена, как это происходило с другими типами памяти.

Источник

Сколько видеопамяти нужно для компьютерных игр

Видеопамять (или VRAM) — это такое же хранилище данных, как и оперативная память (DRAM) вашего компьютера. Много ли ее надо?

Вы могли заметить, что при настройке графики в играх интерфейс показывает, сколько видеопамяти потребуется при включении той и иной опции. Так вот, для комфортной игры с максимальным качеством отображения нам необходимо выяснить, сколько видеопамяти потребуется. Этим и займемся.

Что важно знать

Что произойдет, если видеопамяти все-таки не хватит?

Страшного — ничего, но впечатление от игры может быть подпорчено, особенно если вы решите поиграть в долгожданную и требовательную новинку. Ждите также проблем с производительностью и текстурами.

Что это значит?

Недостаточная емкость видеопамяти почти всегда означает проблемы с производительностью в играх. При серьезной нехватке VRAM начинает задействоваться более медленная DRAM (оперативная память ПК). В частности, это приводит к более низкой частоте кадров и незначительному притормаживанию.

Проблемы с текстурами — это, например, искажение изображения, задержки и разрывы кадров. Если у вас мало VRAM, вам придется выставлять в настройках игр более низкую детализацию текстур, чтобы при быстром перемещении по игровой карте вы не попадали в ситуацию, когда текстуры на определенном участке не успели полностью прогрузиться. В таких случаях вы вместо, допустим, домов будете видеть белые блоки, а вместо травы — пустое поле.

Сколько VRAM мне нужно для комфортной игры?

В 2021 году для комфортных игр в современные тайтлы нужно минимум 6 Гб видеопамяти. Но лучше всего рассматривать решения с 8 Гб, особенно если вы планируете играть на мониторе с разрешением 2K (1440p) или 4K (2160p). Так что когда вы задаете себе вопрос «Сколько VRAM мне вообще нужно?» — учитывайте следующие факторы:

1. Разрешение, в котором вы запускаете игры

Чем выше разрешение в игре, тем больше видеопамяти вам потребуется. Более высокое разрешение означает дополнительные пиксели, которые увеличивают размер текстуры и требуют больше памяти для ее хранения. Исходя из разрешения, требуемую емкость VRAM можно рассчитать:

Но не только разрешение изображения влияет на емкость памяти.

2. Сами игры, которые вы предпочитаете

Некоторые игры не только поддерживают высокие разрешения в 4K, но и в целом требуют больше видеопамяти. Как правило, это AAA-игры (в духе Call of Duty: Black Ops — Cold War) и игры с плохой оптимизацией (такое часто встречается при выходе новых игр, вспомним, к примеру, PUBG версии 2017 года).

Более качественная графика и количество отображаемых объектов на игровой карте также определяют, сколько памяти она использует. Например, игры с тяжелой графикой, такие как «Ведьмак 3»: Control и Shadow of the Tomb Raider требуют намного больше памяти, чем простые игры, не особо ориентированные на графику, такие как League of Legends и Counter-Strike: Global Offensive.

3. Использование графических модификаций

Иногда использование сторонних модов или графических надстроек может привести к увеличению использования видеопамяти до гораздо больших объемов, чем обычно. Это связано с тем, что некоторые моды добавляют в игры текстуры высокого разрешения (например, в The Elder Scrolls V: Skyrim или Fallout 76). Если использование модов — ваш предпочтительный способ игры, то вам, вероятно, следует рассматривать видеокарты с 6 Гб VRAM и более.

4. Сглаживание очертаний и контуров

Для сглаживания краев объектов и устранения эффекта лесенки в играх используется функция Anti-Aliasing. Чем сильнее сглаживание, тем приятнее получается картинка, однако для этого требуется отрисовать больше пикселей. Поэтому когда этот параметр включен, потребление видеопамяти также увеличивается. Степень его усиления будет зависеть от используемого метода Anti-Aliasing. К наиболее распространенным из них относятся:

5. Настройки параметров игры

Чем выше настройки вашей игры, тем больше данных требуется обработать вашему графическому процессору — и тем больше памяти он потребляет в результате. Поскольку верно и обратное, вы можете понизить настройки игры, чтобы уменьшить использование памяти.

Компромисс или новая видеокарта?

Многим игрокам с видеокартами пятилетней давности, мечтающим о новых играх, приходится снижать настройки графики таким образом, чтобы их игры работали плавно. Помните, что такие настройки, как сглаживание, уровень детализации и качество текстур, больше всего влияют на потребление VRAM (о чем мы и говорили выше).

Если подобные компромиссы вас не устраивают — воспользуйтесь нашим гайдом. В самом начале мы привели приблизительный расчет по части емкости видеопамяти, которая требуется для запуска современных игр с максимальным качеством графики, так что вы без труда определитесь с параметрами VRAM.

Дальше останется лишь выбрать на сайте «Ситилинка» модели видеокарт, удовлетворяющие вашим требованиям, и подобрать оптимальный по цене вариант.

Источник

Графическая память в видеокарте: что это такое и как использовать всю?

Привет, друзья! В публикации «Из чего состоит современная видеокарта для ПК» я вкратце упомянул о функциональном назначении всех компонентов этого девайса. Сегодня разберемся что такое графическая память видеокарты и зачем она нужна?

Что такое видеопамять

Вероятно, вы знаете, что за рендеринг любого изображения в компьютере отвечает графический чип – например, он просчитывает взаимодействие объектов в игре.

Промежуточные данные, которые затем выводятся на монитор, хранятся как раз в видеопамяти. Связаны эти блоки между собой, шиной данных (подробнее о том, что это такое, ее разрядности и влиянии на работу устройства, вы можете почитать здесь).

В современных графических ускорителях сейчас используется память GDDR5 (за исключением бюджетных моделей, некоторые из которых все еще работают на DDR3). По сути, это обычная оперативная память, которая есть в любом ПК.

Но в отличие от оперативки, плата видеопамяти впаяна наглухо, поэтому заменить ее, не раскурочив видеокарту, нет совершенно никакой возможности).

Зачем реализовано такое решение? Не в целях «защиты от дурака», как, вероятно, вы могли подумать. Сделано это для того, чтобы пользователь, которому уже не хватает видеопамяти для запуска какой-нибудь новинки игропрома, не докупил по дешевке дополнительный модуль памяти, а покупал новую навороченную видеокарту.

Хотя, если вы не верите в теорию заговора, можете проигнорировать мое мнение.

Больше – лучше, или нет?

Предметом сравнительной фаллометрии рядовых юзеров часто выступает объем видеопамяти. Случилось это с подачи маркетологов – втюхивая новый продукт, они прожужжат вам все уши по этому поводу.Более продвинутые юзеры, особенно геймеры, которым приходится, жертвуя личным временем, предаваться любимому хобби, обращают внимание, в первую очередь, на частоту памяти (ну и, естественно на частоту ядра).

Почему так? Не так важно, сколько данных может запомнить видеокарта – если она работает медленно, даже разгон не всегда поможет существенно увеличить производительность в играх.

Сколько нужно видеопамяти

Не буду углубляться, как сильно изменились видеоигры за последние 5 лет – если вы «в теме», то и сами все прекрасно видите. Такое качество графики требует мощной видеокарты – если вы, конечно, хотите играть на приемлемых настройках, при этом не страдая от «слайдшоу» во время просадки FPS.

Однако качество графики – не единственная проблема, с которой сталкиваются современные геймеры. В игропроме хорошим тоном стало делать игры с открытым бесшовным миром (если жанр подразумевает такую «фичу» — например, РПГ или шутер).

Игра, в которой пользователю придется постоянно ждать загрузки локаций, имеет высокий шанс стать провальной.

Чтобы запомнить все (или хотя бы ближайшие) объекты такого игрового мира, требуется солидный объем видеопамяти. Для современных игр нормой стал показатель от 3 Гб.

Не хочу вас расстраивать, но это только сегодня пока так – уже через пару лет топовые видеокарты может и не будут тянуть новинки на ультра-настройках. А вы как думали?

Увы, большинство разработчиков нацелены на массового потребителя, поэтому акцент они делают на YOBA-играх, где в угоду «графонию» можно пожертвовать остальными составляющими – сюжетом, продуманным ЛОРом, необычными квестами, которые отличаются от привычных «убить всех».

Какие выводы мы можем сделать

Чуть не забыл, не нужно размышлять, как использовать всю видеопамять – в играх она задействуется автоматически, даже если система отображает, что доступно меньше. Исходя из вышесказанного, при выборе видеокарты я советую, в первую очередь, ориентироваться на частоту памяти, игнорируя объем, если бюджет на апгрейд ограничен.

А в качестве возможной покупки, могу порекомендовать MSI GeForce GTX 1060 GAMING X 6G – доступный по цене девайс с объемом видеопямяти 6 Гб и очень неплохими прочими характеристиками. Также советую почитать статью «Выбираем процессор для игрового системного блока».

А на этом у меня все. До следующих встреч на страницах моего блога. Не забываем подписываться на новостную рассылку и делиться публикациями в социальных сетях!

С уважением к вам, автор блога Андреев Андрей.

Источник

Видеопамять

При этом в видеопамяти может содержаться как непосредственно растровый образ изображения (экранный кадр), так и отдельные фрагменты как в растровой (текстуры), так и в векторной (многоугольники, в частности треугольники) формах.

Как правило, чипы оперативной памяти современной видеокарты припаяны прямо к текстолиту печатной платы, в отличие от съёмных модулей системной памяти, которые вставляются в стандартизированные разъёмы ранних видеоадаптеров.

При изготовлении видеокарт уже достаточно давно используется память GDDR3. На смену ей пришла GDDR4, которая имеет более высокую пропускную способность, чем GDDR3; однако GDDR4 не получила широкого распространения вследствие плохого соотношения «Цена-производительность» и ограниченно использовалась лишь в некоторых видеокартах верхнего ценового сегмента (например Radeon X1950XTX, HD 2900 XT, HD3870). Далее появилась память GDDR5, которая по состоянию на 2012 год является наиболее массовой, GDDR3 используется в бюджетном сегменте. В 2018 году в топовых видеокартах устанавливается память типа HBM и HBM2, GDDR5X и GDDR6.

Также видеопамять отличается от «обычной» системной ОЗУ более жёсткими требованиями к ширине шины.

Графическая шина данных — это магистраль, связывающая графический процессор и память видеокарт.

Шина данных видеопамяти бывает:

* 192-битной. (нестандартная шина памяти)

* 320-битной. (нестандартная шина памяти)

* 384-битной. (нестандартная шина памяти)

* 448-битной. (нестандартная шина памяти)

* 768-битной. (нестандартная шина памяти)

* 896-битной. (нестандартная шина памяти)

1024-битной.Имеет значение соотношение количества памяти, её типа и ширины шины данных: 512 МБ DDR2, при ширине шины данных в 128 бит, будет работать медленнее и гораздо менее эффективно, чем 256 МБ GDDR3 при ширине шины в 128 бит и т. п. По понятным причинам, 256 МБ GDDR3 с шириной шины 256 бит лучше, чем 256 МБ GDDR3 с шириной шины в 128 бит и т. п.

Также стоит учитывать, что из-за относительно невысокой стоимости видеопамяти многие производители видеокарт устанавливают избыточное количество видеопамяти (4, 6 и 8 Гбайт) на слабые видеокарты с целью повышения их маркетинговой привлекательности.

Требования операционных систем и компьютерных игр возрастают с течением времени; так, например, чтобы играть комфортно в наиболее современные игры на высоких настройках:

* на период 2008—2009 года требовалось порядка 512 МБ (и более) GDDR3 256 бит или 2 ГБ (и более) DDR2(3),

* на период 2010 года требовалось порядка 768 МБ (и более) GDDR4 320 бит или 3 ГБ (и более) DDR3,

* на период 2011 года требовалось порядка 1024 МБ (и более) GDDR5 256 бит или 3-4 ГБ (и более) DDR3.

* на период 2014 года требовалось порядка 3072 МБ (и более) GDDR5 256 бит

* на период 2015 года требовалось порядка 4096 МБ (и более) GDDR5 256 бит

* на период 2017 года требовалось порядка 6144 МБ (и более) GDDR5 256 бит

* на период 2018 года требуется порядка 8192 МБ (и более) GDDR5 256 бит.

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Ввод-вывод через порты (англ. I/O ports) — схемотехническое решение, организующее взаимодействие процессора и устройств ввода-вывода. Противоположность вводу-выводу через память.

Прошивкой (англ. firmware, fw) называют содержимое энергонезависимой памяти компьютера или любого цифрового вычислительного устройства — микрокалькулятора, сотового телефона, GPS-навигатора и т. д., в которой содержится его программа.

В области компьютеризации под аппаратным ускорением понимают применение аппаратного обеспечения для выполнения некоторых функций быстрее по сравнению с выполнением программ процессором общего назначения. Примерами аппаратного ускорения может служить блоковое ускорение выполнения в графическом процессоре и инструкции комплексных операций в микропроцессоре.

В информатике бу́фер (англ. buffer), мн. ч. бу́феры — это область памяти, используемая для временного хранения данных при вводе или выводе. Обмен данными (ввод и вывод) может происходить как с внешними устройствами, так и с процессами в пределах компьютера. Буферы могут быть реализованы в аппаратном или программном обеспечении, но подавляющее большинство буферов реализуется в программном обеспечении. Буферы используются, когда существует разница между скоростью получения данных и скоростью их обработки.

Источник

Многообразие типов видеопамяти

Один из компонентов компьютера, от которого требуется наибольшая производительность, это графический контроллер, являющийся сердцем всех мультимедиа систем. Фраза требуется производительность означает, что некоторые вещи происходят настолько быстро, насколько это обеспечивается пропускной способностью. Пропускная способность обычно измеряется в мегабайтах в секунду и показывает скорость, с которой происходит обмен данными между видеопамятью и графическим контроллером.

Для увеличения производительности графической подсистемы настолько, насколько это возможно, приходится снижать до минимума все препятствия на этом пути. Графический контроллер производит обработку графических функций, требующих интенсивных вычислений, в результате разгружается центральный процессор системы. Отсюда следует, что графический контроллер должен оперировать своей собственной, можно даже сказать частной, местной памятью. Тип памяти, в которой хранятся графические данные, называется буфер кадра (frame buffer). В системах, ориентированных на обработку 3D-приложений, требуется еще и наличие специальной памяти, называемой z-буфер (z-buffer), в котором хранится информация о глубине изображаемой сцены. Также, в некоторых системах может иметься собственная память текстур (texture memory), т.е. память для хранения элементов, из которых формируются поверхности объекта. Наличие текстурных карт ключевым образом влияет на реалистичность изображения трехмерных сцен.

Появление насыщенных мультимедиа и видеорядом приложений, так же, как и увеличение тактовой частоты современных центральных процессоров, сделало невозможным и дальше использовать стандартную динамическую память со случайным доступом (DRAM). Современные мультимедиа контроллеры требуют от основной системной памяти большей пропускной способности и меньшего времени доступа, чем когда-либо ранее до этого. Идя навстречу новым требованиям, производители предлагают новые типы памяти, разработанные с помощью обычных и революционных методов. Впечатляющие усовершенствования делают проблему правильного выбора типа памяти для приложения особенно актуальной и сложной.

Производители улучшили технологии и создали новые архитектуры в ответ на требования более высоких скоростей работы памяти. Широкий выбор новых типов памяти ставит перед производителем видеоадаптеров проблему, для какого сегмента рынка или каких приложений выбрать тот или иной тип.

Под воздействием требований перемен полупроводниковая индустрия предлагает множество новых интерфейсов. Некоторые объединили в себе свойства существующих интерфейсов с ограниченным набором изменений, другие имеют совершенно новый дизайн и оригинальную архитектуру.

Существующие типы памяти, доступные производителям видеоадаптеров, перечислены в нижеследующей таблице.

Для чего используется видеопамять?

Обычно частота обновления экрана имеет значение не менее 75Hz, или циклов в секунду. Следствием мерцания экрана является зрительное напряжение и усталость глаз при длительном наблюдении за изображением. Для уменьшения усталости глаз и улучшения эргономичности изображения значение частоты обновления экрана должно быть достаточно высоким, не менее 75 Hz.

Число допускающих воспроизведение цветов, или глубина цвета — это десятичный эквивалент двоичного значения количества битов на пиксел. Так, 8 бит на пиксел эквивалентно 2 8 или 256 цветам, 16-битный цвет, часто называемый просто high-color, отображает более 65,000 цветов, а 24-битный цвет, также известный, как истинный или true color, может представить 16.7 миллионов цветов. 32-битный цвет с целью избежания путаницы обычно означает отображение истинного цвета с дополнительными 8 битами, которые используются для обеспечения 256 степеней прозрачности. Так, в 32-битном представлении каждый из 16.7 миллионов истинных цветов имеет дополнительные 256 степеней доступной прозрачности. Такие возможности представления цвета имеются только в системах высшего класса и графических рабочих станциях.

Ранее настольные компьютеры были оснащены в основном мониторами с диагональю экрана 14 дюймов. VGA разрешение 640х480 пикселов вполне и хорошо покрывало этот размер экрана. Как только размер среднего монитора увеличился до 15 дюймов, разрешение увеличилось до значения 800х600 пикселов. Так как компьютер все больше становится средством визуализации с постоянно улучшающейся графикой, а графический интерфейс пользователя (GUI) становится стандартом, пользователи хотят видеть больше информации на своих мониторах. Мониторы с диагональю 17 дюймов становятся стандартным оборудованием для систем на базе ОС Windows, и разрешение 1024х768 пикселов адекватно заполняет экран с таким размером. Некоторые пользователи используют разрешение 1280х1024 пикселов на 17 дюймовых мониторах.

Современной графической подсистеме для обеспечения разрешения 1024×768 требуется 1 Мегабайт памяти. Несмотря на то, что только три четверти этого объема памяти необходимо в действительности, графическая подсистема обычно хранит информацию о курсоре и ярлыках в буферной памяти дисплея (off-screen memory) для быстрого доступа. Пропускная способность памяти определяется соотношением того, как много мегабайт данных передаются в память и из нее за секунду времени. Типичное разрешение 1024х768, при 8-битной глубине представления цвета и частоте обновления экрана 75 Hz, требует пропускной способности памяти 1118 мегабайт в секунду. Добавление функций обработки 3D графики требует увеличения размера доступной памяти на борту видеоадаптера. В современных видеоакселераторах для систем на базе Windows типичен размер установленной памяти в 4 Мб. Дополнительная память сверх необходимой для создания изображения на экране используется для z-буфера и хранения текстур. Стандартные архитектуры

Первые чипы памяти, пригодные для использования в компьютерной графике, были микросхемы DRAM. DRAM является энергозависимой памятью. Электрический заряд в каждой из ячеек памяти оставляет нулевой или единичный бит данных. Заряд каждой ячейки должен непрерывно обновляться с целью избежать потери электрического сигнала со временем, в следствии чего теряются хранящиеся в памяти данные. Требуется два цикла вычислений для считывания данных в память и из нее.

VRAM была разработана в качестве альтернативы DRAM и была призвана преодолеть ограничения по производительности за счет считывания и записи данных из банков памяти за один цикл. В то же время использование VRAM требует наличия специального контроллера, разработанного для использования именно с этим типом памяти. Рынок обоих типов памяти четко сегментирован. VRAM все еще используется в подсистемах, рассчитанных на очень высокое разрешение, в которых очень важна возможность работы с 24-битным представлением цвета (например в системах CAD, верстки и цветоделения). Память типа DRAM используется в стандартных графических подсистемах, рассчитанных, в основном, на офисное применение (электронные таблицы, текстовые процессоры). Однако экзотические типы памяти все больше и больше используются вместо VRAM и DRAM в их традиционных областях применения. Все более отчетливо можно видеть, что для разных приложений предлагается использовать разные типы памяти.

Улучшения в архитектуре DRAM заключались в увеличении производительности за счет ускорения разными путями скорости выполнения циклов чтения и записи. Типы памяти Fast Page Mode DRAM (FPM DRAM), Extended Data Out (EDO DRAM), Fast EDO DRAM и Burst EDO могут служить примерами эволюции архитектуры DRAM. Эта традиционная, хотя и работающая быстрее, архитектура DRAM требует небольших или вообще не требует изменений в интерфейсе графического процессора для использования в видеоподсистеме.

Ускорение работы этих типов памяти достигается за счет увеличения частоты, с которой происходят циклы чтения и записи DRAM. Время, требуемое на снаряжение зарядом конденсатора ячейки памяти DRAM, является физическим ограничением. Для преодоления этого ограничения DRAM, производители размещают высокопроизводительный буфер памяти между блоком памяти и графическим процессором. Это обеспечивает возможность увеличения пропускной способности за счет организации сквозной очередности данных для всех блоков памяти, даже несмотря на то, что память DRAM может быть недостаточно быстрой для обработки данных, приходящих от процессора. Этот эффект можно сравнить с быстрым входом массы людей в метро, когда несколько турникетов обслуживают сразу группу пассажиров. Вы можете наблюдать пакетное перемещение, когда за промежуток времени, требуемый для прохода через турникет одному человеку, происходит перемещение сразу нескольких пассажиров. В результате пропускная способность становится гораздо выше. В улучшенных архитектурах DRAM оптимизированы потоки информации в и из буфера, что обеспечивает оптимизацию потока данных из памяти и обеспечивает обновление содержимого ячеек памяти с большей, нежели нормальная, скоростью. В итоге, видно, что главной целью улучшений архитектуры было снижение времени ожидания, требуемого данным для записи в память и считывания из нее. Новые типы памяти

Новые экзотические технологии памяти предлагают лучшую производительность по сравнению с DRAM и более выгодную цену, чем у VRAM. Скорейшее внедрение этих новых типов памяти напрямую зависит от появления графических подсистем, которые их поддерживают. Скорость не является главным критерием. Большое число производителей и низкая стоимость, обусловленная массовым производством чипов памяти в больших количествах, обеспечивают конкурентоспособные цены.

3D RAM и CDRAM

Создателем памяти типа 3D RAM является компания Mitsubishi, которая впоследствии оптимизировала ее для процессов визуализации изображений в 3D графике с помощью дополнительно встроенных в чип блоков арифметической логики (arithmetic logic unit — ALU), сравнения, видеобуферов последовательного доступа к памяти (serial access memory — SAM) и других функций.

3D RAM имеет двухпортовую архитектуру, аналогичную VRAM. Этот тип памяти имеет некоторое количество встроенной развитой логики и вычислительную мощность, которые обеспечивают параллелизм операций. Параллелизм операций — это то, как чип справляется со своей работой при пиковой загруженности ширины полосы пропускания. Кроме этого, огромную помощь в обеспечении высокой производительности 3D RAM оказывают встроенные буферы. Память 3D RAM являет собой великолепную комбинацию лучших свойств архитектур VRAM, DRAM и embedded memory (встраиваемой памяти).

Память типа CDRAM (Cached DRAM — кэшированная память) cостоит из 4Mbit и 16Mbit DRAM и 16Kbit SRAM (кэш), отсюда и название. CDRAM используется в качестве текстурной памяти. При размещении элементов текстур (texels) в кэше минимизируется время случайного чтения текселов и обеспечивается прирост производительности. Скорость передачи необходимых для наложения текстурных элементов, текселов, из которых и состоят текстуры из памяти CDRAM, достигает 800 Мб в секунду. CDRAM специально оптимизирована для минимизации случайных перемещений текстурных данных между графическим контроллером и памятью.

1.1 cm), 3.3V. На одном модуле размещается 4Мб или 16Мб. Память CDRAM имеет 128 битную внутреннею шину данных и 16 битную внешнюю шину данных и работает на частотах 66/83/100 MHz — SRAM и 33/42/50 MHz — DRAM, при синхронизированных операциях. Время доступа с произвольной выборкой к SRAM и буферу составляет 15ns-10ns. Дополнительный прирост производительности достигается за счет применения конвейера блочной передачи данных из страницы DRAM в и из SRAM. При этом SRAM и DRAM функционируют независимо друг от друга. Имеются несколько настраиваемых режимов вывода данных: сквозной, буферизованный и с фиксацией.

CDRAM используется в качестве текстурной памяти и для кэширования высокоскоростных жестких дисков с интерфейсом Fibre Channel.

Оба типа памяти, CDRAM и 3D RAM, используются в комбинации с чипсетом 3Dpro от компании Mitsubishi, сделанного по технологии REALimage компании Evans & Sutherland.

MDRAM

Многобанковая (Multibank) DRAM, или MDRAM, организована в виде большого массива независимых банков памяти с высокой пропускной способностью. Банки памяти MDRAM организованы вокруг внутренней, высокоскоростной общей шины внутри чипа памяти. Чрезвычайно большой объем данных может передаваться по этой шине. Каждый банк памяти вдоль шины также способен обрабатывать большой объем данных. Представьте себе узкое место на шоссе со множеством ответвлений. Каждое из ответвлений имеет много полос. Попадая на шоссе, большое количество данных может выбраться с него через множество широких ответвлений. Чем больше данных может передаваться из основной шины, тем больше данных может перемещаться по ней, поступая в другие банки памяти. Это способ, с помощью которого достигается увеличение пропускной способности памяти в архитектуре MDRAM. Главная выгода от использования памяти типа MDRAM — это возможность получить пиковую пропускную способность в 800 Мб/с. Разработчиком памяти типа MDRAM является компания MoSys. Единственной компанией, которая сделала контроллер для этой памяти, была компания Tseng Labs. Эта же компания выпустила графические чипсеты ET6000 и ET6100, имеющие встроенный контроллер, обеспечивающий интерфейс для работы с MDRAM. В декабре 1997 года компания Tseng Labs была куплена корпорацией ATi Tech. Вероятно, перспективные разработки Tseng Labs, в частности 128 разрядный чипсет ET6300 с поддержкой функций 3D графики, лягут в основу нового 128 разрядного графического процессора ATi Tech.

RDRAM

Компания Rambus для своего типа памяти RDRAM использует собственную внутреннюю шину для оперирования потоками с большим количеством данных. Новая технология позволяет чипам DRAM и контроллерам передавать данные со скоростью 500 мегабайт в секунду по каналу Rambus (Rambus Channel). Канал представляет собой узкую, шириной в байт, шину данных внутри чипа. Контроллер, управляющий каналом Rambus, включает в себя Rambus ASIC cell (ячейка со специализированной интегральной схемой Rambus — RAC), которая обеспечивает электрический и логический интерфейс для памяти RDRAM. Теоретически графический контроллер с RAC может поддерживать до четырех каналов Rambus, если они будут доступны. В этом случае станет возможным обеспечить пропускную способность до 2 гигабайт в секунду. Архитектура графического контроллера с RAC состоит из нескольких частей: самого контроллера и одного или двух DRAM компонентов. Возможность изменения количества составных частей является одним из преимуществ технологии Rambus. Другим достоинством является высокая пропускная способность каждого канала Rambus. Чем больше доступно каналов, тем быстрее работает память RDRAM.

В августе 1998 г. Samsung объявил об окончании разработки 64-Мбит модулей Rambus DRAM и о готовности к их массовому производству. Чип производится по технологии 0.23мкм и работает со скоростью 0.9-1Ггц. Это примерно в 10 раз быстрее нынешней PC-100 памяти. Samsung полон энтузиазма и планирует к 2000 году захватить около половины рынка памяти для PC.

SGRAM/SDRAM

Не так давно появившиеся на рынке синхронная DRAM (Synchronous DRAM — SDRAM) и синхронная графическая память (Synchronous Graphics RAM — SGRAM) являются высокопроизводительными наследниками памяти типа DRAM. Принцип, по которому работает SDRAM, можно сравнить с тем, как движется автомобиль по длинной дороге с множеством светофоров. Если на каждом перекрестке загорается красный свет, машина должна остановиться, а затем вновь начать движение. Если бы был способ, с помощью которого на пути следования встречалось бы как можно больше зеленых сигналов светофора, поездка была бы плавной и быстрой. SDRAM имеет средства, гарантирующие, что входящим и исходящим данным потребуются небольшие временные задержки по сравнению с задержками при передаче данных через стандартную DRAM, необходимые для синхронизации всех элементов и строк данных внутри чипа памяти. В реализации SGRAM разработчики пошли еще дальше, определяя количество перекрестков на нашей воображаемой улице, чтобы еще больше оптимизировать движение по сравнению с SDRAM. В обоих случаях скорость перемещения данных увеличивается за счет полного контроля за временными издержками, требующимися различным элементам чипов памяти для функционирования. SDRAM и SGRAM имеют потенциальную возможность полностью заменить стандартную память DRAM. Эти типы памяти имеют простую архитектуру и не требуют слишком много специализированных управляющих схем. Со временем стоимость SDRAM и SGRAM будет на уровне или ниже чипов DRAM. И это заметно невооруженным взглядом, стоит лишь вспомнить о динамике изменения цен на память за последний год. Этому способствовало наличие множества поставщиков, массовое производство и появление промышленных стандартов и спецификаций. Несомненными преимуществами SDRAM и SGRAM, по сравнению с DRAM, является большая пропускная способность и емкость чипов памяти.

Embedded RAM

Встраиваемая память. Мы уже определили, что главная цель при создании новых типов памяти, — это передать данные в память и извлечь их оттуда так быстро, насколько это возможно. Соединение между чипами контроллера и чипами памяти является большим источником задержек по времени или замедлений из-за того, что данным требуется время на перемещение между памятью и контроллером. Один из путей для минимизации физических ограничений устройств памяти, это разместить память в том же чипе, что и контроллер, т.е. внутри полупроводника. Когда так сделано, то этот тип памяти называется Embedded RAM. В микропроцессорах существует сравнимая ситуация, например, Pentium II имеет арифметический процессор (его, по аналогии, можно сравнить с графическим контроллером), внутреннюю шину и внутреннюю память (кэш). До появления процессора Intel 8086 эти элементы процессора располагались в качестве отдельных компонентов на печатных платах. Каждому такому компоненту требуется свой собственный доступ к шине данных, свой собственный таймер и схема синхронизации, а также собственная печатная плата, где все это смонтировано. Архитектура Embedded RAM тесно связывает процессор и память, снижая необходимость в дополнительных тактах и сигналах синхронизации, а также уменьшает расстояние, которое должны преодолевать данные, перемещаясь между компонентами. Среди преимуществ, которые могут появиться при использовании Embedded RAM, можно назвать увеличение производительности и, потенциально, более низкую себестоимость. Однако недостатком Embedded RAM является негибкость при использовании и возможные сложности при модернизации.

Windows RAM, или WRAM, подобна VRAM и тоже является двухпортовой памятью. Ее два порта обеспечивают осуществление одновременного ввода и вывода графических данных. Выгода от использования двухпортовой памяти в том, что, пока графические данные передаются и размещаются в буфере экрана, изображение на экране продолжает обновляться за счет графической информации, поступающей из того же буфера экрана и в то же время. Другое преимущество WRAM в том, что эта память имеет такую характерную особенность, как ускорение операций за счет двойной буферизации. Двойная буферизация (Double buffering) означает, что запись одного графического изображения или кадра в память осуществляется в то же время, когда другое изображение считывается и выводится на экран. Это очень полезная функция для приложений, связанных с обработкой видео и 3D графики, в которых частота смены кадров является ключевым показателем производительности.

К сожалению, WRAM имеет лишь небольшое преимущество в цене по сравнению с VRAM из-за того, что этот тип памяти производит всего одна компания — Samsung. Существование всего одного поставщика какого-либо устройства не может гарантировать достаточных поставок для обеспечения повсеместного применения этих компонентов. Выводы

Существует два основных способа того, как и где разместить видеопамять:

Снаружи — более традиционный подход, при котором память и графический контроллер используются в качестве двух независимых компонентов. Графический чипсет имеет интерфейс, обеспечивающий возможность использования различных типов памяти, таких, как VRAM, DRAM, 3D RAM, CDRAM, SDRAM или WRAM. Архитектуры, поддерживающие память типа DRAM, свободно доступны от разных производителей. Что обеспечивает постоянную и последовательную поддержку этого типа памяти и гарантирует конкурентоспособные цены. Это же верно и для VRAM, несмотря на то, что этот тип памяти относится к high-end продуктам. Чем более быстрая видеопамять используется, тем более быстрой получается графическая подсистема. Комбинация 3D RAM и CDRAM с графическим контроллером RealIMAGE подтверждает эту точку зрения наиболее красноречиво.

Внутри — встраиваемая память (embedded memory), являющаяся частью графического контроллера, кстати, этого было непросто достичь. Размещение видеопамяти внутри того же чипа, что и графический процессор, обеспечивает невероятное снижение производственных затрат, уменьшает размеры компонентов и увеличивает быстродействие. Многие компании, такие как NeoMagic, Silicon Magic и NEC, уже анонсировали производство таких компонентов. Производители графических чипсетов тоже анонсировали устройства со встроенными компонентами. Идея производства устройств со встроенными компонентами витала просто-таки в воздухе в течении более, чем пяти лет, и, возможно, сейчас мы становимся свидетелями становления нового стандарта.

Одно несомненно — обработка графики является одним из важнейших приложений среди прочих, которому требуется высокопроизводительная память, но в меньших объемах, чем нужно для системной (оперативной) памяти компьютера. Сам по себе тип памяти DRAM не отвечает потребностям основных графических приложений, в особенности после того, как 3D графика стала неотъемлемой частью мультимедиа в персональных компьютерах. Поэтому богатый выбор новых типов видеопамяти, доступных для использования производителям графических адаптеров и подробно описанных в этом обзоре, необходим для достижения такого уровня производительности, который необходим современным Windows-акселераторам. Что нас ожидает в будущем?

В этом параграфе будут описаны несколько новейших концепций архитектур памяти, которые, возможно, будут доступны для применения в ближайшие пару лет. В настоящее время нет графических контроллеров, которые позволяли бы использовать эти типы памяти в видеоадаптерах.

FeRAM

Ферроэлектрическая память, или Ferroelectric RAM (FeRAM) — это энергонезависимый тип памяти, аналогичный Flash памяти, что означает возможность хранения данных без использования источников энергии. Чипы FeRAM имеют маленькую емкость, на уровне килобит, но производство 1 Мбит чипов FeRAM уже не за горами, этим занимается компания NEC. Ожидается, что этот тип памяти будет пригоден для использования в качестве системной (оперативной) памяти в персональных компьютерах и, возможно, в графических адаптерах. В настоящее время 1 Мбит чипы FeRAM имеют время доступа 60 ns, которое сопоставимо с временем доступа 40-50 ns у чипов DRAM. Корпорации NEC более интересно добиться большей емкости чипов FeRAM, например, большей, чем 16 Мбит, и, по мнению представителей компании, этого следует ожидать в ближайшие 3-5 лет. Варианты чипов FeRAM с маленькой емкостью уже доступны в промышленных образцах для производителей компьютерного оборудования.

Другой игрок на этом рынке — компания Fujitsu, которая ведет разработки чипов FeRAM с емкостью от 64Мбит до 1Гбит.

DRDRAM

Около года назад корпорация Intel объявила о своем намерении сделать технологию памяти Rambus основной архитектурой для изготовления системной памяти персональных компьютеров, в результате чего с 1999 года начнется вытеснение с этого рынка памяти типа SDRAM. Зная возможности Intel, можно с большой долей уверенности сказать, что так оно и будет. Специалисты корпорации Intel опробовали различные технологии памяти типа DRAM, прежде чем остановить свой выбор на технологии Rambus. Intel лицензировала архитектуру RDRAM у компании Rambus, после чего обе фирмы начали совместные разработки по созданию нового типа памяти, получившего наименование DRDRAM (Direct RDRAM). Кстати, компания Rambus выдала лицензии на свою технологию изготовления памяти семи крупнейшим производителям чипов DRAM и более, чем 15 производителям контроллеров. Результатом выбора корпорацией Intel технологии Rambus может стать появление более быстрой и более совершенной памяти, которая будет применятся повсеместно.

Недавно Intel закончила тестирование чипов DRDRAM от Toshiba в 64 Мбит и 72 Мбит исполнении. Все прошло нормально, чипы показали запланированную скорость передачи данных 1.6 Гб/с. Сейчас проводится тестирование чипов от LG, а компания Fujitsu заявила о своей готовности представить собственные варианты чипов DRDRAM. В общем, похоже 1999 год станет годом тотального наступления Rambus. Хотя сбрасывать со счетов DDR SDRAM и SLDRAM явно не стоит. Но в любом случае, кто бы ни стал победителем, а память менять придется.

DDR SDRAM

Новый тип памяти DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) появился в следствие улучшений архитектуры SDRAM, поэтому другое название этого типа памяти — SDRAM II. Лидерство в разработке этого типа памяти принадлежит корпорации Samsung. В настоящее время многие крупные производители чипов памяти заявили о намерении продвигать эту архитектуру. Однако в свете того, что Intel собирается продвигать другую архитектуру памяти — DRDRAM, будущее DDR SDRAM представляется туманным.

Память типа DDR SDRAM может передавать и принимать данные по восходящему и нисходящему уровню сигнала шины, в отличие от обычной памяти типа SDRAM, которая передает данные только по восходящему уровню сигнала. При этом команды и адреса в DDR SDRAM все равно передаются по верхнему фронту сигнала. Память типа DDR SDRAM имеет большую ширину полосы пропускания, но только в случае передачи длинных пакетов данных. Максимальная величина ширины полосы пропускания DDR SDRAM может достигать 1.6 Гб/сек при частоте шины 100MHz.

Осенью 1998 компания Fujitsu Microelectronics представит первые образцы модулей DIMM, созданных по технологии DDR SDRAM. Работает эта память на частоте 125 Мгц, с пропускной способностью около 200 миллионов операций в секунду, что примерно соответствует DRDRAM. При всех своих достоинствах, эта технология прекрасно работает с нынешними машинами, являясь эволюционным развитием DRAM, в отличие от совершенно новой технологии Rambus, для которой опять понадобятся новые чипсеты системных плат и т.д.

ESDRAM

Enhanced SDRAM (ESDRAM — улучшенная SDRAM) — более быстрая версия SDRAM, сделанная в соответствии со стандартом JEDEC компанией Enhanced Memory Systems (EMS). С точки зрения времени доступа производительность ESDRAM в два раза выше по сравнению со стандартной SDRAM. В большинстве приложений ESDRAM, благодаря более быстрому времени доступа к массиву SDRAM и наличию кэша, обеспечивает даже большую производительность, чем DDR SDRAM.

Более высокая скорость работы ESDRAM достигается за счет дополнительных функций, которые используются в архитектуре этой памяти. ESDRAM имеет строку кэш-регистров (SRAM), в которых хранятся данные, к которым уже было обращение. Доступ к данным в строке кэша осуществляется быстрее, чем к ячейкам SDRAM, со скоростью 12 ns, т.к. не требуется обращаться к данным в строке через адрес в колонке. При этом скорость работы ячеек ESDRAM составляет 22 ns в отличие от стандартной скорости работы ячеек SDRAM, имеющей значения 50 — 60 ns.

При этом стоит заметить, что память ESDRAM полностью совместима со стандартной памятью JEDEC SDRAM на уровне компонентов и модулей, по количеству контактов и функциональности. Однако, чтобы использовать все преимущества этого типа памяти, необходимо использовать специальный контроллер (чипсет).

Увеличение производительности при использовании ESDRAM достигается за счет применения двухбанковой архитектуры, которая состоит из массива SDRAM и SRAM строчных регистров (кэш). Строчные регистры вместе с быстрым массивом SDRAM обеспечивают более быстрый доступ для чтения и записи данных по сравнению со стандартной SDRAM. ESDRAM может работать в режиме «упреждающего обращения» к массиву SDRAM, в результате следующий цикл записи или чтения может начаться в момент, когда выполнение текущего цикла не завершено. Возможность использовать такой режим напрямую зависит от центрального процессора, управляющего работой конвейера адресации.

С точки зрения применения в качестве системной (оперативной) памяти компьютера чипсет VCS-164 (Polaris) компании VLSI Technology поддерживает ESDRAM, правда, этот чипсет рассчитан для применения в системах на базе процессора Digital Alpha. ESDRAM полностью соответствует спецификации Intel PC-100 SDRAM, и соответственно, совместима с чипсетами Intel 440BX и Via Technologies MVP-3.

FCRAM

Fast Cycle Random Access Memory (FCRAM). Разработчик этого типа памяти — компания Fujitsu. В основу этого типа памяти легла принципиально иная концепция по сравнению с DRAM. Время выполнения цикла соответствует всего 20нс, т.е. в 3-4 раза меньше, чем у нынешних модулей DRAM. Это достигнуто благодаря двум принципиальным моментам. Во-первых, в отличие от современных чипов памяти, где сначала выясняется адрес строки (RAS), а потом, после некоторой задержки, адрес столбца (CAS), где находится нужная ячейка, в FCRAM мгновенно выясняются обе координаты. Во-вторых, существующая память типа DRAM имеет время выполнения цикла 70нс, из-за того, что после выполнения каждой операции над ячейкой должна пройти команда сброса. В FCRAM же встроена цепь автоматического сброса, благодаря чему возможна конвейерная обработка команд, где следующая команда начинает выполняться еще до окончания выполнения предыдущей. Итог — время выполнения цикла — 20нс. В результате мы получаем очень интересный гибрид. По скорости работы FCRAM более напоминает SRAM, а по объему — обычную память DRAM.

MRAM — Magnetic random access memory. Разработчик — компания Toshiba. Уже есть пробный образец основной структуры чипа MRAM, воплощающего в себе новую технологию памяти, потенциально способную превзойти существующие типы DRAM и по скорости, и по объему, и по энергопотреблению. Уже этот тестовый образец демонстрирует выдающиеся скоростные качества — цикл чтения занимает всего 6 нс.

Согласно заявлению компании, технология хранения информации в чипе MRAM заключается в создании элемента с мелкими частицами платины и кобальта, находящихся между двумя магнитными слоями. Запись и чтение происходят путем изменения магнитной активности в контуре.

Toshiba планирует создать прототип чипа MRAM к 2000 году. Примерно тогда же планируют создание первых чипов MRAM и ее конкуренты: Motorola, IBM, Siemens и Philips.

Источник