显存前世今生(终极剖析 高手阶进必知)

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1、编者按：目前CPU用的内存正在从DDR2向DDR3过渡，而GPU用的显存则是以GDDR2/3为主、跳过GDDR4、直奔GDDR5而去。或许很多朋友一时还难以接受GDDR5那夸张的频率、不明白GDDR相比DDR发展速度为何如此“超前”、甚至搞不清楚GDDR1/2/3/4/5和DDR1/2/3之间“说不清道不明”的关系。　　如果您是一位求知欲很强的电脑爱好者，那么本文非常适合您，笔者特意搜集了大量官方技术文档，为大家献上内存和显存鲜为人知的奥秘……　　近年来CPU（中央处理器）和GPU（图形处理器）的发展速度之快让人目不暇接，新产品的

2、运算能力成倍提升，此时就对内存子系统提出了严峻的需求，因为CPU/GPU运算所需的数据和生成的数据都是来自于内存/显存，如果存储速度存取速度更准确跟不上，那么就会浪费很多时间在数据等待上面，从而影响CPU/GPU的性能发挥。　　为了让内存/显存不至于造成瓶颈，芯片厂商都在想方设法的提高带宽：AMD和Intel相继将内存控制器整合在了CPU内部，大大降低了延迟并提高存储效率，Intel旗舰级CPU能够支持三通道内存，带宽提升50%；ATI和NVIDIA也先后使用了512Bit的显存控制器，总带宽倍增。　　是何原因导致业界三大巨头如此

3、大费周折呢？这是因为内存技术的发展速度，其实并不如大家想象中的那么快，受到很多技术难题和传统因素的制约，本文就对内存和显存的发展历程及相关技术进行详细分析。●内存的存取原理及难以逾越的频障：　　在半导体科技极为发达的台湾省，内存和显存被统称为记忆体（Memory），全名是动态随机存取记忆体（DynamicRandomAccessMemory，DRAM）。基本原理就是利用电容内存储电荷的多寡来代表0和1，这就是一个二进制位元（bit），内存的最小单位。DRAM的存储单元结构图　　DRAM的结构可谓是简单高效，每一个bit只需要一个晶

4、体管加一个电容。但是电容不可避免的存在漏电现象，如果电荷不足会导致数据出错，因此电容必须被周期性的刷新（预充电），这也是DRAM的一大特点。而且电容的充放电需要一个过程，刷新频率不可能无限提升（频障），这就导致DRAM的频率很容易达到上限，即便有先进工艺的支持也收效甚微。　　“上古”时代的FP/EDO内存，由于半导体工艺的限制，频率只有25MHz/50MHz，自SDR以后频率从66MHz一路飙升至133MHz，终于遇到了难以逾越的障碍。此后所诞生的DDR1/2/3系列，它们存储单元官方频率（JEDEC制定）始终在100MHz-20

5、0MHz之间徘徊，非官方（超频）频率也顶多在250MHz左右，很难突破300MHz。事实上高频内存的出错率很高、稳定性也得不到保证，除了超频跑简单测试外并无实际应用价值。　　既然存储单元的频率（简称内核频率，也就是电容的刷新频率名词解释）不能无限提升，那么就只有在I/O（输入输出）方面做文章，通过改进I/O单元，这就诞生了DDR1/2/3、GDDR1/2/3/4/5等形形色色的内存种类，首先来详细介绍下DDR1/2/3之间的关系及特色。通常大家所说的DDR-400、DDR2-800、DDR3-1600等，其实并非是内存的真正频率，

6、而是业界约定俗成的等效频率，这些DDR1/2/3内存相当于老牌SDR内存运行在400MHz、800MHz、1600MHz时的带宽，因此频率看上去很夸张，其实真正的内核频率都只有200MHz而已！　　内存有三种不同的频率指标，它们分别是核心频率电容刷新频率、时钟频率和有效数据传输频率。核心频率即为内存Cell阵列(MemoryCellArray，即内部电容)的刷新频率，它是内存的真实运行频率；时钟频率即I/OBuffer（输入/输出缓冲）的传输频率；而有效数据传输频率就是指数据传送的频率（即等效频率）。●SDR和DDR1/2/3全系

7、列频率对照表：常见DDR内存频率对照表　　通过上表就能非常直观的看出，近年来内存的频率虽然在成倍增长，可实际上真正存储单元的频率一直在133MHz-200MHz之间徘徊，这是因为电容的刷新频率受制于制造工艺而很难取得突破。而每一代DDR的推出，都能够以较低的存储单元频率，实现更大的带宽，并且为将来频率和带宽的提升留下了一定的空间。●SDR和DDR1/2/3存储原理示意图：　　虽然存储单元的频率一直都没变，但内存颗粒的I/O频率却一直在增长，再加上DDR是双倍数据传输，因此内存的数据传输率可以达到核心频率的8倍之多！通过下面的示意图

8、就能略知一二：　　那么，内存IO频率为什么能达到数倍于核心频率呢？相信很多人都知道，DDR1/2/3内存最关键的技术就是分别采用了2/4/8bit数据预取技术（Prefetch），由此得以将带宽翻倍，与此同时I/O控制器也必须做相应的改进。●DDR