那些年我们用过的显存：DDR与GDDR的区别

NVIDIA新一代显卡即将出炉，尽管对于个中细节并不了解细节，但业界普遍认为无论是NVIDIA还是AMD，新一代显卡搭载GDDR6显存可能性极高。什么？我的电脑才用上DDR4，怎么显卡就用GDDR6了？而且频率还跑得那么高？是不是理不清它们之间的关系？下面就让我们重新回顾一下显存的发展历史，展望下一代GDDR6显存的一些新特性。

其实DDR内存和GDDR显存本来就是同宗同源，初期时DDR/GDDR、DDR2/GDDR2其实规范差异很小，频率等参数基本上都是一致，两者不分家，因此当时显卡即可以用DDR2颗粒，也可以用GDDR2显存颗粒。

这个图表是不是很熟悉？

▲DDR的带宽发展远远跟不上GDDR

因此显存与内存分道扬镳是基于技术需求上的考虑，毕竟术业有专攻，GDDR显存的推出就是更好地满足GPU胃口，达到更好的性能。

但是后期由于超大规模集成电路技术飞速进步，加上人们对于显卡性能日益增长的需求，普通的GDDR/GDDR2显存已经不能满足显卡GPU高速交互数据需求，毕竟GPU没有像CPU那样设计有大容量L1、L2、L3缓存，而且GPU与显存之间的数据交换非常频繁，还是那种大容量的纹理贴图数据，需要更高的显存带宽；其二是显存可以直接集成于显卡PCB上，不必像内存那样做成独立部件，又要考虑走线、信号传输延迟，可以专门做定向优化，同时提高显存位宽有利于减少显存颗粒，在显卡上实现更高容量的显存集成。

▲DRAM针对不同用途的定向演化

GDDR（Graphics Double Date Rate SDRAM，双倍速率同步动态随机存储器）

和DDR一样都是采用2bit预取，同时可以在一个时钟周期的上升沿和下降沿分别传输一次数据，这样就实现单时间周期两倍的传输速率。但此时GDDR频率并不比DDR要高出多少，但是GDDR为了追求更高的频率，在延迟要求上有所放宽。

GDDR颗粒为了追求大位宽，因此容量会特别小，那时候都是8×16Bit的规格，也就是一颗GDDR显存才16MB大小，而同期的DDR内存颗粒可以做到32甚至64MB大小。

如果你浸淫在PC DIY界多年，你可能会记得以前DDR、GDDR显存颗粒都是这种多脚的TSOP封装，而且GDDR显存颗粒体积也很大。

▲DDR内存

后期由于光刻工艺升级以及追求更加的封装面积，存储厂商在GDDR上实现了BGA封装技术，也就是针脚不外露，全部藏在底部。同时实现了32bit的显存位宽，并且一直延续至今。

GDDR2

技术细节同样来自于DDR2，和DDR2一样GDDR 2bit的预取升级到4bit，相比DDR1代可以将频率翻倍。不过由于GDDR2跑得比DDR2还快，诞生时间早，工艺上可能稍微欠缺了一点，工作电压高达2.5V，尽管等效工作频率高达1GHz，但巨大的发热量甚至媲美GPU核心，需要专门的散热片辅助散热。

▲DDR2内存

因此采用GDDR2显存的显卡都是昙花一现，只有NVIDIA的FX5800 /5600 Ultra、ATI 9800Pro用过，很快就消息了，可以说GDDR2是个失败的产品。

▲ATI 9800Pro

GDDR3

被GDDR2坑过后，大家都认为存储标准制定方JEDEC跑得实在是太慢了，GDDR、GDDR2标准严重不符合显卡GPU发展需求，NVIDIA、AMD开始联手对GDDR3标准实施深入的指导，因此GDDR3可以说真正地与DDR3分道扬镳，技术标准得到大幅度提升。

▲DDR3内存

深刻地认识到GDDR、DDR应用场景完全不同，因此设计之初就应该考虑到这个问题，考虑到高速读写需求，GDDR3设计有两条独立的数据选择脉冲DQS，一条用于读取，另一条用于写入，这样互不干扰，因此GDDR3读写数据速度要比GDDR2快多了，毕竟GPU存取数据频繁程度高，GDDR3的新设计可以让显存效率大幅度提升。

尽管GDDR3保留GDDR2的4bit预取，但对GDDR3也修改I/O控制电路，新的电路设计可以最大程度降低电流，工作电压也随之下降到1.8V，间接地控制住功耗和发热量，一举解决GDDR2存在的弊端。

都说工艺是提升性能、频率的良方，GDDR3凭借制程工艺红利，从1GHz不断攀升，一直走到了2.5GHz，因此其生命线长达五年才落幕。

▲奇梦达的GDDR3

▲三星的GDDR3

GDDR4

可能是GDDR3跑得太快，标准对于往后几代GPU来说还算是够用，加上NVIDIA与ATI之间竞争日益剧烈，就GDDR4标准制定分歧严重，最后NVIDIA明确表示不支持GDDR4，显卡产品也并没有采用，最终标准GDDR4由ATI一手操办，但缺乏NVIDIA的支持，存储厂商只有小规模试产，AMD也只有三款非主流产品采用了GDDR4显存，因此GDDR4起不了什么浪花。

▲DDR4内存，已经和GDDR4显存没有瓜葛了

事实上，GDDR4技术是有巨大进步，使用DDR3的8bit预取技术，这个也是NVIDA与ATI矛盾发展的开端。然后采用了Data Bus Inversion技术，提高数据精度、降低工作电压至1.5V，继续降低功耗。

而GDDR4频率起步就是2GHz水平，其后虽然有更高频率颗粒出现，但是由于NVIDIA的不支持，市场太小导致生产成本高涨，加上AMD显卡性能不如同期N卡，GDDR4很快就被历史所遗忘。

▲AMD Radeon HD 2600 XT用的就是GDDR4

GDDR5

GDDR显存的命运总是那么跌宕起伏，奇数代的显存总是存活得更久，2012年GDDR5显存终于登上舞台，在继承GDDR4的8bit预取，加上QDR双数据总线、4路bank设计让GDDR5显存频率突飞猛进，一路高歌，一并冲上8Gbps。

尽管GDDR5只有32bit的颗粒，但是它拥有两条并行的数据总线，那么他的工作模式就相当灵活，可以自由在32bit、16bit一下工作，同时一个32bit显存控制器也能控制两个GDDR5显存，实现了显存容量翻倍。

根据当时NVIDIA 200系列显卡上市情况来看，即便是采用相同GPU核心，使用GDDR5显存会比GDDR3显存，综合性能提升20%以上，这个提升幅度相当惊人。也因此GDDR5能够经久不衰，一直到1000系列还在用，而且频率不断在进步，达到8Gbps的巅峰。

▲三星GDDR5

GDDR5X

嗯？怎么突然冒出个GDDR5X，GDDR6哪里去了？这可不得怪JEDEC标准定制得太慢，NVIDIA已经忍不住了，联合美光推出了这样一个半代产品GDDR5X，还是高端NVIDIA显卡独占。

GDDR5X可以视为GDDR6的先行版，它继续将预取从8bit提升至16bit，使用了改进版的QDR 4倍数据倍率技术，也就是说每个时钟可以传输4bit数据！GDDR5X的电压下降到1.35V。最终我们见到首批使用GDDR5X显存频率可以高达10Gbps，据说后续还会有14Gbps的版本面世。

▲美光GDDR5X

GDDR6

GDDR6标准终于姗姗来迟，即将到来的NVIDIA 11系列显卡肯定是要用上它的。和GDDR5X一样采用了16bit预取，这已经是被证实提高数据传输速度最为有效的方法。其次就是GDDR6终于一改以往GDDR1/2/3/4/5/5X只有一个读写通道问题，使用双通道，虽然位宽变小了，但是实际上效率更高以后，会带来明显的性能提升。

其次就是显存容量的进步，原本GDDR5最常见的都是8Gb单颗粒，而GDDR6标准下最高可以达到32Gb，换算过来单颗粒就是4GB，好处显而易见，那就是低端显卡单颗粒就搞定了，还要什么HBM2？高端3颗也就满足12GB，推算顶级显卡384bit显存位宽计算，搭载12颗就能达到48GB，难怪NVIDIA丝毫没有在消费级游戏卡上用HBM2显存的意思。

▲GDDR6带宽可以达到896GB/s，这是美光提供的数据

此外GDDR6修改了封装方式，减少了底部接口数目，从190 ball减少至180ball，尺寸更小，这样应用场景更为宽阔。

▲GDDR6优势——针脚少、尺寸更小、效能更高

目前全球三大存储芯片厂商三星、海力士和美光都推出了自己的GDDR6计划，不过由于技术实力差异和产品研发路线不同等因素，这三家的产品还存在一定的区别。

三星

期初三星在GDDR6上也是雷声大雨点小，推出GDDR6的时机也要晚于其余两家，但三星厚积薄发，一推出的GDDR6显存规格就是最高的，1Y nm工艺（10-16nm），单颗粒2GB，速度最高可达18Gbps，超过了JEDEC规范。

海力士

首批采用21nm工艺，单颗粒1GB容量，速度有10/12/14Gbps，也超过GDDR5X现时的极限，比较有趣的是，GDDR6电压应该是1.35V，海力士研发出1.25V低电压版的GDDR6显存，估计是为笔记本设备研发的。

美光

美光是最早、也是最积极推进GDDR6显存的存储厂商，将会采用16nm工艺制造，也是单颗粒8Gb，速度10-14Gbps不等，而且也有对应多款1.25V低电压版GDDR6显存。

如今GDDR6显存依靠高频率、高容量和低功耗特性，将会在未来新一代游戏显卡上大方异彩，为新架构显卡带来更强大的综合性能，而且对比成本居高不下、封装难度高的HBM 2显存来讲，GDDR6显然更加实惠，更易于往中低端显卡推广。