DDR4 SDRAM
Paměť DDR4, nástupce paměti DDR3 s vyšší rychlostí a nižším napětím, byla přijata jako současný hlavní standard, protože mnoho procesorů/platforem, jako jsou Skylake, Kaby Lake, Haswell-E, Z170, Z270, X99 a nadcházející Skylake-X a Ryzen, přijalo DDR4. Stejně jako procesor je i DDR4 stavěna na to, aby zvládala bombardování malými úlohami s nízkou latencí a určitou granularitou. DDR4 se v zásadě hodí k rychlému přenosu malých objemů dat (relativně) na úkor souhrnné šířky pásma. Šířka sběrnice DDR4 je 64 bitů na kanál, ale je kombinovaná; tj. 128bitová šířka sběrnice ve dvou kanálech. Kromě toho má DDR4 vyrovnávací paměť prefetch o velikosti 8n (osm datových slov na jeden přístup do paměti), což znamená, že lze přečíst 8 po sobě jdoucích datových slov (slova mohou mít velikost 8-64 bitů) a předvídavě je umístit do vstupně-výstupní vyrovnávací paměti. Také rozhraní I/O je omezeno na čtení (výstup z paměti) nebo zápis (vstup do paměti) na jeden takt, ale ne na obojí. Níže probereme, jak tyto specifikace kontrastují s GDDR5.
GDDR5 SGRAM
GDDR5 je v současnosti nejrozšířenější grafickou pamětí mezi několika posledními generacemi GPU, ale nejnovější verzí je GDDR5X, přičemž v současnosti je implementována pouze na dvou kartách: GTX GeForce 1080 a Titan X (brzy 1080 Ti). Za zmínku stojí paměť HBM (High-Bandwidth Memory) používaná v některých špičkových grafických procesorech Fiji od společnosti AMD. Paměť HBM 2 byla v lednu 2016 ratifikována sdružením JEDEC a je použita v kartě nVidia Tesla P100 a pravděpodobně bude použita i v high-endových grafických procesorech založených na platformě Vega od společnosti AMD.
GDDR5 je účelově vytvořena pro šířku pásma; např. přesouvá obrovské kusy dat do framebufferu a z něj s co nejvyšší propustností. To je možné díky mnohem širší sběrnici – od 256 do 512 bitů ve 4-8 kanálech. I když je to za cenu zvýšené latence díky mnohem volnějšímu vnitřnímu časování ve srovnání s DDR4. U grafických procesorů není latence úplně problém, protože jejich paralelní povaha jim umožňuje provádět více výpočtů současně. Ačkoli má GDDR5 stejnou velikost vyrovnávací paměti prefetch jako DDR4, tedy 8n, nejnovější standard GDDR5X ji překonává hloubkou 16n (16 datových slov na jeden přístup do paměti). Na rozdíl od DDR navíc GDDR zvládá vstup a výstup ve stejném taktu. Kromě toho GDDR5 pracuje s nižším napětím než DDR4, přibližně ~1 V, což znamená méně ztrátového tepla a vyšší výkon modulů. V malých balíčcích, které jsou hustě zabaleny dohromady, jako například na desce plošných spojů grafických karet, je nižší zahřívání kriticky důležité. Systémová paměť má k dispozici celou plochu paměťové karty, která se může šířit, a je izolována od komponent s vysokou teplotou (jako je GPU).
Evoluce
Paměť DDR SDRAM nezaznamenává exponenciální růst jako její grafické protějšky. Na paměti DDR4 se začalo pracovat kolem roku 2005, ale na trh se dostala až v roce 2014. Paměť DDR3 byla uvedena na trh v roce 2007 a dodnes se hojně používá.
Dlouhou dobu vývoje lze přičíst několika faktorům. Zaprvé, výrobci operační paměti mají tendenci soutěžit spíše na základě ceny než na základě výkonu. Operační paměť je komoditizovaná. Navíc odvětví operačních pamětí není podřízeno pouze dvěma konkurentům, kteří se neustále snaží přeskočit jeden druhého. Za druhé, nové standardy pamětí jsou vyvíjeny a ratifikovány standardizačním orgánem JEDEC, který se skládá ze všech výrobců pamětí na světě, kteří projednávají nové standardy. A konečně, paměťový průmysl, pokud jde o osobní počítače, zrovna nevolá po větší šířce pásma – v dnešní době je paměť RAM jen zřídka úzkým hrdlem výkonných stolních počítačů.
Existuje mnohem více katalyzátorů generačního růstu, pokud jde o CPU a GPU, kde je vývoj do značné míry podněcován jedním nebo dvěma velkými výrobci, kteří soupeří o podíl na trhu. Kromě toho se s nástupem pipeline GPGPU (General Purpose Computing on Graphics Processing Units) stává výpočetní technika akcelerovaná GPU hlavním proudem. To znamená, že výkonné GPU již nejsou žádoucí výhradně pro hráče, poptávka roste v několika různých výpočetních oblastech. Závod o pokročilý hardware a technologie tak nadále zuří, protože je zapotřebí více výpočetního výkonu pro umělou inteligenci, hluboké učení, pokročilé zpracování obrazu, finanční modelování, datová centra atd.
Závěr
Ačkoli DDR4 i GDDR5 sdílejí základní technologie, jedna není ze své podstaty lepší než druhá; obě jsou efektivně vybaveny pro různé účely. Do hry vstupuje několik odlišností – jak jsme je popsali zde – ale triviálně by se daly popsat jako latence vs. šířka pásma. Procesory CPU jsou více závislé na vyrovnávací paměti a jsou efektivnější a jejich jádra běží na mnohem vyšší taktovací frekvenci než jádra GPU. CPU proto nemusí přistupovat k systémové paměti tak často, ale když už k tomu dojde, je nízká latence nezbytně nutná. GPU jsou méně zatíženy vyrovnávací pamětí, ale mají menší množství mnohem rychlejší paměti, takže k ní lze obvykle přistupovat mnohem rychleji. Vysoké výpočetní funkce, u kterých je klíčová propustnost, jsou proto přenášeny na grafickou kartu a její paměť VRAM.
Editorial: Eric Hamilton