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

第一代GDDR2高溫又高壓

GDDR2雖說DDR2的變種，且預取量同為4bit，但事實上GDDR2顆粒上市略早DDR2顆粒。首度支援DDR2的Intel 915P主機板約在2004年中上市，而使用GDDR2顆粒的顯示卡，像是FX5800 Ultra則約2003年初發表。當初NV30的FX5800 Ultra記憶體介面頻寬為128bit，當時GDDR的700MHz時脈無法滿足該卡的需求，因此選用GDDR2記憶體。

但因為製程仍與DDR、GDDR相同，2.5V的運作電壓下，導致功耗與發熱量過高。第一代GDDR2只有用在FX5800、FX5800 Ultra、FX5600 Ultra等少數顯卡上，高溫、高功耗、高成本給人的印象並不好。後期FX 5900捨棄GDDR2改用256bit且高時脈（約900MHz）的GDDR顆粒，讓第一代GDDR2顆粒就此消失，甚至連進入中低階市場的機會都沒有。

▲這GDDR2顆粒當年用在8400GE上，共計搭載8顆。來源：Expreview

第二代GDDR2顆粒搶攻中低階

你會說GDDR2明明在中低階市場到處都是，哪有因此而消失。沒錯，因為第一代GDDR2顆粒的失敗，後來廠商在DDR2的基礎上做出第二代的GDDR2顆粒（亦稱為gDDR2），基本上就是DDR2顆粒。此時的顆粒電壓從2.5V降低到1.8V，雖然最初時脈不高，但後期製程上去後，電壓1.8V時脈也能上到1000～1200MHz。且製程提升、成本降低、容量增加，導致中低階顯卡大量使用，像是NVIDIA的FX 7系列、AMD的X1600 Pro等顯卡，都是當年的代表產品。

至於小寫的gDDR2、gDDR3與大寫的GDDR2、GDDR3有什麼差別？普遍來說，大寫的GDDR代表專為顯卡推出的顆粒，而小寫的gDDR則是由DDR顆粒稍做改良而成，後者本質上與系統記憶體差異較小。GDDR源自於DDR，GDDR2來自DDR2，但GDDR3可不是從DDR3而來，千萬不要誤解。

▲會用gDDR2顆粒的大多是中低價的顯卡，效能無法與GDDR3相比，此處則是8500 GT使用的顆粒。來源：4gamer

GDDR3稱霸市場，源自DDR2顆粒

GDDR與GDDR2規格上都跟DDR、DDR2相似，無法滿足AMD與NVIDIA對於記憶體的需求，也因此積極加入JEDEC的規格制定，以符合自家對於記憶體的要求與適用性。AMD與NVIDIA雙方認為，核心時脈無法提升的情況下，透過I/O提升等效時脈並不合理，必須要針對高速環境重新設計I/O才能應付雙方的使用需求，這也是GDDR3的源起，也是實質意義上第一款針對GPU而推出的記憶體顆粒。

▲這張HD 5450使用的gDDR3版本，也就是DDR3顆粒，效能跟GDDR不是一個等級。

▲HD 4670使用的是GDDR3顆粒，GDDR3是顯示記憶體的里程碑。

DQS與I/O改良

GDDR3還有2個提升效率的設計，那就是DQS（data strobe）最佳化與I/O的改進。GDDR2時期只有1條DQS，且為單一雙向設計，GDDR3讀寫各有獨立的DQS，並為點對點設計。DQS增加的好處在於，若讀取之後緊接著需要寫入，不再需要等待DQS方向轉換，透過這種方式能夠增加讀寫效率。相較於DDR2、GDDR2，GDDR3的讀寫切換可以快1個週期，部分環境中GDDR3的讀寫效率可達GDDR2的2倍。GPU本身的快取（Cache）很小，GPU與顯示記憶體之間的存取十分頻繁，穿插讀寫動作，因此GDDR3點對點的DQS設計有助於提升GPU效能。對於CPU來說，本身就擁有大量的L2、L3快取，加上讀寫切換不如GPU，因而GDDR3的這項特色並沒有引入DDR3當中。

I/O方面也是GDDR3的改進方向，對於I/O控制電路與終結電阻進行修改，不再延用GDDR2與DDR2的Push Pull設計，改用Pseudo Open Drain Logic的方式，並將所有通過三相信號轉移到本位電路上，藉此簡化電路設計，可將電流量降低，達到降低功耗與溫度的目的。

▲GDDR3從Push Pull改為Pseudo Open Drain Logic。

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