DDR4 SDRAM
DDR3:n nopeampi ja pienemmällä jännitteellä varustettu DDR4-muisti on hyväksytty nykyiseksi valtavirtastandardiksi, sillä monet prosessorit/alustat, kuten Skylake, Kaby Lake, Haswell-E, Z170, Z270, X99 ja tulevat Skylake-X ja Ryzen ovat ottaneet käyttöön DDR4:n. Aivan kuten prosessori, DDR4 on rakennettu käsittelemään pienten tehtävien pommitusta pienellä viiveellä ja tietyllä rakeisuudella. DDR4 soveltuu pohjimmiltaan pienten tietomäärien nopeaan siirtämiseen (suhteellisesti ottaen) kokonaiskaistanleveyden kustannuksella. DDR4-väylän leveys on 64 bittiä kanavaa kohti, mutta se on yhdistelmäkäytössä, eli 128-bittinen väylä kaksikanavaisena. Lisäksi DDR4:n prefetch-puskurin koko on 8n (kahdeksan datasanaa per muistikäyttö), mikä tarkoittaa, että kahdeksan peräkkäistä datasanaa (sanat voivat olla 8-64-bittisiä) voidaan lukea ja sijoittaa etukäteen I/O-puskuriin. I/O-liitäntä on myös rajoitettu lukemiseen (lähtö muistista) tai kirjoittamiseen (tulo muistiin) kellosykliä kohti, mutta ei molempiin. Seuraavassa käsitellään, miten nämä speksit eroavat GDDR5:stä.
GDDR5 SGRAM
GDDR5 on tällä hetkellä yleisin grafiikkamuisti parin viimeisen näytönohjainsukupolven keskuudessa, mutta uusin versio on GDDR5X, ja se on tällä hetkellä toteutettu vain kahdessa näytönohjaimessa: GeForce GeForce 1080 GTX ja Titan X (pian myös 1080 Ti). Mainitsemisen arvoinen on HBM (High-Bandwidth Memory), jota käytetään joissakin AMD:n huippuluokan Fiji-näytönohjaimissa. JEDEC ratifioi HBM 2:n tammikuussa 2016, ja sitä käytetään nVidia Tesla P100:ssa ja oletettavasti AMD:n huippuluokan Vega-pohjaisissa näytönohjaimissa.
GDDR5 on suunniteltu kaistanleveyttä varten; esimerkiksi massiivisten tietomäärien siirtäminen kehyspuskuriin ja sieltä pois suurimmalla mahdollisella läpimenolla. Tämän mahdollistaa paljon leveämpi väylä, joka on 256-512-bittinen 4-8 kanavalla. Tämä tosin tapahtuu DDR4:ään verrattuna suuremmalla viiveellä, joka johtuu paljon löysemmistä sisäisistä ajoituksista. Viive ei ole täysin ongelma näytönohjaimissa, sillä niiden rinnakkaisen luonteen ansiosta ne voivat suorittaa useita laskutoimituksia samanaikaisesti. Vaikka GDDR5:n prefetch-puskurin koko on sama kuin DDR4:n eli 8n, uusin GDDR5X-standardi ylittää sen 16n:n syvyydellä (16 datasanaa muistin käyttöä kohti). Lisäksi GDDR pystyy käsittelemään tuloa ja lähtöä samalla kellojaksolla, toisin kuin DDR. Lisäksi GDDR5 toimii DDR4:ää alhaisemmalla jännitteellä, joka on noin ~1V, mikä tarkoittaa pienempää lämmönhukkaa ja suorituskykyisempiä moduuleja. Pienissä pakkauksissa, jotka on pakattu tiiviisti yhteen, kuten näytönohjaimen piirilevyllä, alhaisempi lämpö on kriittinen tekijä. Järjestelmämuistilla on koko muistitikun pinta-ala levitettävänä, ja se on eristetty korkealämpöisistä komponenteista (kuten näytönohjaimesta).
Evoluutio
DDR SDRAM -muistissa ei tapahdu eksponentiaalista kasvua, jota sen grafiikkapohjaiset vastineet kokevat. DDR4:ää alettiin kehittää noin vuonna 2005, mutta se tuli markkinoille vasta vuonna 2014. DDR3 lanseerattiin vuonna 2007, ja se on edelleen laajalti käytössä.
Pitkä odotusaika johtuu muutamasta tekijästä. Ensinnäkin RAM-muistien toimittajat kilpailevat yleensä pikemminkin hinnalla kuin suorituskyvyllä. RAM-muistit ovat hyödykkeitä. Lisäksi RAM-muistialalla ei ole vain kahta kilpailijaa, jotka yrittävät jatkuvasti päihittää toisensa. Toiseksi uusia muististandardeja kehittää ja ratifioi JEDEC-standardointielin, johon kuuluvat kaikki maailman muistivalmistajat, jotka neuvottelevat uusista standardeista. Lisäksi muistiteollisuus ei PC-tietokoneiden osalta varsinaisesti vaadi suurempaa kaistanleveyttä – nykyään RAM-muisti on harvoin pullonkaula suorituskykyisissä työpöytätietokoneissa.
Sukupolven kasvun katalysaattoreita on paljon enemmän kuin suorittimissa ja näytönohjaimissa, joissa kehitystä vauhdittaa pitkälti yksi tai kaksi suurta valmistajaa, jotka kilpailevat markkinaosuudesta. Lisäksi GPGPU-putken (General Purpose Computing on Graphics Processing Units) tulon myötä GPU-kiihdytetty laskenta yleistyy. Tämä tarkoittaa, että tehokkaat grafiikkasuorittimet eivät ole enää pelkästään pelaajien toivomia, vaan kysyntä kasvaa useilla eri laskenta-alueilla. Kilpailu kehittyneestä laitteistosta ja teknologiasta jatkuu siis kiivaana, sillä lisää laskentatehoa tarvitaan muun muassa tekoälyyn, syväoppimiseen, kehittyneeseen kuvankäsittelyyn, rahoitusmallinnukseen ja datakeskuksiin.
Johtopäätökset
Vaikka sekä DDR4:llä että GDDR5:llä on yhteisiä ydintekniikoita, jompikumpi näistä kahdesta prosessorikortista ja GDDR5:stä on sama, toinen näistä kahdesta prosessorikortista ja GDDR5:stä on kuitenkin erilainen. On muutamia erottavia tekijöitä, jotka tulevat mukaan peliin – kuten olemme kuvailleet tässä – mutta triviaalisti asiaa voitaisiin kuvata viiveellä vs. kaistanleveys. Suorittimet käyttävät enemmän välimuistia ja ovat tehokkaampia, ja niiden ytimet toimivat paljon suuremmalla kellotaajuudella kuin grafiikkasuorittimien ytimet. Näin ollen suorittimien ei tarvitse käyttää järjestelmämuistia yhtä usein, mutta silloin matala viive on välttämätöntä. Grafiikkasuorittimissa on vähemmän välimuistia, mutta niissä on pienempiä määriä paljon nopeampaa muistia, joten niitä voidaan yleensä käyttää paljon nopeammin. Näin ollen korkeat laskentatoiminnot, joissa läpäisykyky on avainasemassa, siirretään näytönohjaimelle ja sen VRAM-muistille.
Editorial: Eric Hamilton