記憶體10年技術演進史，系統顆粒DDR與顯示顆粒GDDR差在哪？

章節目錄

第一章：記憶體動態特性與充放電機制

第二章：DRAM結構性瓶頸、I/O突破與預取技術

第三章：SDR與DDR技術與規格演進，SDR、DDR、DDR2差異性

第四章：主流老將DDR3，說好要來的DDR4在哪裡

第五章：因應GPU需求誕生的GDDR顆粒

第六章：初代GDDR2與兄弟gDDR2，稱霸市場的GDDR3

第七章：短命的GDDR4與高時脈霸主GDDR5

GPU特殊需求導致GDDR誕生

說完系統用的DDR之後，再來了解顯示卡使用的GDDR（Graphics Double Data Rate）是什麼。最初顯示卡使用的記憶體顆粒，與系統用的記憶體顆粒並無不同。當時GPU運算效能有限，即使使用相同的顆粒也沒有太多的問題，或是造成效能瓶頸。但隨著GPU快速發展，系統用的記憶體顆粒已經無法滿足GPU的使用需求，這也導致DDR的變種GDDR的誕生。

▲GDDR4先天與後天都相當悽慘，加上只有AMD使用，市占率非常小，稍後會說明這故事。

GPU對記憶體的3項要求

GPU與CPU的應用需求有哪裡不同呢？主要可歸納出3個方向。首先是GPU比CPU更需要大頻寬，GPU與記憶體之間的資料量交換遠高於CPU，頻寬低容易造成效能瓶頸。記憶體頻寬=工作時脈x記憶體介面頻寬，三者對於GPU都很重要，要增加記憶體頻寬的方式，可透過提升工作時脈或是增加介面頻寬。

其次是記憶體介面頻寬（Memory Interface Width），顯示卡對於PCB佈線要求較高，要提升記憶體介面頻寬可透過增加記憶體顆粒來達到，但PCB面積有限，自然不可能沿用介面頻寬較小的標準顆粒。DDR系列記憶體的介面頻寬一直都是64bit，單顆記憶體顆粒則是4～8bit不等，而GDDR顆粒最初16bit到32bit都很普遍。

最後則是工作時脈，系統記憶體顆粒因為應用較廣，難以針對GPU最佳化。加上GPU的記憶體控制器比起北橋或是CPU內建控制器效能更出色，且GPU可針對記憶體顆粒最佳化，即便是高工作時脈也沒問題，自然比處處受限的標準顆粒適合用於GPU。由於應用面的需求差異，系統記憶體與顯示記憶體分家是必然的結果，也就誕生了GDDR顆粒。

▲GDDR家族比DDR還要龐大，但基本上都是由DDR衍生而來。

GDDR與DDR相近但細節不同

既然GDDR是DDR的變種，規格方面自然非常接近。第一代的GDDR顆粒預取同樣是2bit，甚至是時脈方面也與DDR版本相當。直到後期改進製程，且部分顯卡對於GDDR顆粒最佳化，此時的GDDR運作時脈最高可達900MHz左右，相比同期的DDR顆粒差距很大。

最初16bit的TSOP封裝GDDR顆粒外觀、規格與DDR相當接近，但在細節規格上還是有些許不同。像是GDDR顆粒是採用4K循環，周期是32ms，DDR顆粒則是8K循環，周期則是64ms。GPU對於記憶體延遲較不敏感，因此GDDR的延遲比DDR還高。為了提升效能，後來還有MBGA封裝的GDDR顆粒，單顆介面頻寬為32bit，這種高階用32bit顆粒，低階用16bit顆粒的模式，後來也延續下來。

至於GPU為什麼不重視延遲，主要在於GPU強調的海量的資料數據佔滿頻寬，CPU則是要求瑣碎的資料但反應快速。有人比喻說，你想要喝可樂，可以請服務生從冰箱拿瓶來給你，或是打電話叫司機運整車的可樂給你，前者是CPU後者則是GPU的運作方式。

▲這是使用TSOP II封裝的GDDR顆粒，當年FX 5700共搭載8顆。來源：PCPOP

▲後期GDDR顆粒使用MBGA封裝，時脈可達到900MHz。來源：PCPOP

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