آشنایی با تفاوت‌های موجود بین استانداردهای حافظه GDDR5 ،DDR4 و GDDR6/GDDR6X

محمد جواد قلی پور 04 دسامبر 2020 , 13:54 مقاله / آکادمیک

(1 رای, میانگین: 5٫00 از 5)

هنگامی‌که صحبت از حافظه‌های کامپیوتری همچون DDR4 ،GDDR6 و ... به میان می‌آید، تمامی فناوری‌ها و استانداردهای حال حاضر در دو دسته کلی حافظه اصلی (رم) و حافظه ویدئویی (ویدئو رم یا به عبارتی دیگر VRAM) قابل دسته‌بندی می‌باشند. اکنون سؤال مهمی که ممکن است برای بسیاری از افراد ایجاد شود تفاوت‌های موجود بین دو طبقه از حافظه‌های کامپیوتری است؟ آیا حافظه‌های ویدئویی می‌توانند به عنوان حافظه رم توسط پردازنده مورد استفاده قرار گیرند و یا محدودیت‌هایی منجر به غیرممکن شدن این مهم می‌شود؟ با ما همراه باشید تا در این نوشته به‌صورت مختصر به آشنایی با تفاوت‌ها و شباهت‌های موجود بین دو دسته از حافظه‌های اصلی رایانه‌های شخصی بپردازیم.

آشنایی با تفاوت‌ها و شباهت‌های موجود بین حافظه‌های DDR4 و GDDR5

اگر نسبت به مطالعه مطالب و مقالات گوناگون در خصوص سخت‌افزارهای رایانه‌ای علاقه داشته باشید، حتماً نسبت به این موضوع آگاهید که استاندارد DDR4 به‌صورت گسترده‌ای در حوزه حافظه‌ها اصلی (رم) سیستم مورد استفاده قرار گرفته و استاندارد GDDR5 محدود به کارت‌های گرافیک و پردازشگرهای گرافیکی شده است؛ اما تفاوت‌ها و شباهت‌های موجود بین آن‌ها چیست و آیا یک فناوری نسبت به دیگری از برتری خاصی برخوردار است؟

آشنایی با تفاوت‌های موجود بین استانداردهای حافظه GDDR5 ،DDR4 و GDDR6/GDDR6X

در ابتدای شروع می‌توان ولتاژ را به عنوان یکی از شاخصه‌های تفاوت بین آن‌ها در نظر گرفت. میزان انرژی مصرفی تراشه‌های حافظه DDR4 برابر با 1.2 ولت می‌باشد که این میزان در تراشه‌های GDDR5 با افزایش 0.3 ولتی به 1.5 ولت افزایش پیدا کرده است، بنابراین صرفه‌جویی در مصرف انرژی، به‌خصوص در دستگاه‌های دارای منبع توان محدود همچون لپ‌تاپ به‌وسیله فناوری DDR4 در سطح بالاتری قرار گرفته است. علت اصلی تفاوت بین مقادیر ولتاژی زیرساخت یکسان طراحی و توسعه استاندارد GDDR5 بر مبنای فناوری DDR3 با بهبودهایی درزمینهٔ پهنای باند می‌باشد که میزان انرژی مصرفی آن نیز 1.5 ولت است.

درزمینهٔ فرکانس باید گفت که سرعت کلاک استاندارد DDR4 تقریباً یکسان با استانداردهای GDDR5X و GDDR6 بوده و متغیر بین 1750 تا 1800 مگاهرتز می‌باشد، اما نحوه عملکرد زیرسیستم حافظه ویدئویی کارت‌های گرافیک با حافظه اصلی سیستم متفاوت بوده و لذا پهنای باند مؤثر چهار برابر این مقدار (1750x4 = 7000MHz) می‌باشد.

در مورد استاندارد GDDR5X باید گفت که میزان انرژی مصرفی آن به 1.35 ولت کاهش پیدا کرده است، اما در عین حال گستردگی پهنای باند بر هر پین نیز به 16Gbit/s فزونی یافته است، بنابراین در هر دو زمینه راندمان مصرف انرژی و پهنای باند نسبت به فناوری GDDR5 برتر بوده و به همین دلیل در طراحی و توسعه اغلب کارت‌های گرافیک رده ورودی یا میانی جدید و تازه‌نفس مورد استفاده قرار گرفته است.

هر دو استاندارد DDR3 و DDR4 به پشتیبانی از کنترلر حافظه 64 بیت بر هر کانال پرداخته‌اند که نتیجه آن به تشکیل یک رابط 128 بیت برای ماژول‌های حافظه دو کاناله (دوال چنل یا به عبارتی دیگر Dual Channel) و 256 بیت برای ماژول‌های حافظه چهار کانال منتهی شده است. این در حالی است که رابط کنترلر حافظه در استاندارد GDDR5 به 32 بیت بر هر کانال محدود شده است.

اگرچه پیکربندی حافظه پردازنده از عرض بیشتری برخوردار می‌باشد، اما تعداد کانال‌های مورد پشتیبانی آن با کاهش بیشتر همراه شده است؛ اما کارت‌های گرافیک و تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی در سمت مقابل قادرند تا به پشتیبانی از هر کدام از کانال‌های حافظه 32 بیت بپردازند. به همین دلیل سخت‌افزارهای کارت گرافیک همچون RTX 2080 Ti و RTX 2080 در مقایسه با سی‌پی‌یو از رابط حافظه بسیار گسترده‌تر و بزرگ‌تری برخوردار می‌باشند (384 و 256 بیت به ترتیب برای پردازشگرهای ذکر شده).

جهت درک بهتر موضوع باید گفت که کارت‌های گرافیک سری RTX 20 کمپانی انویدیا به تراشه‌های حافظه ویدئویی 1 گیگابایتی از طریق هشت (برای پردازشگر RTX 2080) یا دوازده (برای پردازشگر RTX 2080 Ti) کانال یا کنترلر حافظه 32 بیت متصل شده‌اند. علاوه بر آن استانداردهای GDDR5 و GDDR6 قادرند تا در حالتی تحت عنوان Clamshell نیز به فعالیت بپردازند. این قابلیت به سازندگان اجازه می‌دهد تا به جای اتصال یک تراشه حافظه به یک کانال/کنترلر، ارتباط آن را بین دو کانال تقسیم نمایند (به عبارتی دیگر یک کانال به دو تراشه حافظه متصل شود). از جمله بزرگ‌ترین مزیت‌های این قابلیت می‌توان به انعطاف‌پذیری توسعه‌دهندگان جهت افزایش دو برابری ظرفیت حافظه ویدئویی و ایجاد پیکربندی‌های هیبرید اشاره کرد (مانند رابط 192 بیتی کارت گرافیک GTX 660 کمپانی انویدیا).

آشنایی با تفاوت‌های موجود بین استانداردهای حافظه GDDR5 ،DDR4 و GDDR6/GDDR6X

(کارت گرافیک GTX 670 از چهار تراشه حافظه 512 گیگابایتی متصل به هشت کانال برخوردار می‌باشد)

آشنایی با تفاوت‌های موجود بین استانداردهای حافظه GDDR5 ،DDR4 و GDDR6/GDDR6X

(کارت گرافیک GTX 660Ti از تعداد شش پشته حافظه برخوردار است. دو پشته قابل مشاهده در قسمت بالایی تصویر در حالت Clamshell پیکربندی شده‌اند. این قابلیت می‌تواند در کاهش رابط حافظه از 256 بیت به 192 بیت تأثیرگذار باشد)

آشنایی با تفاوت‌های موجود بین استانداردهای حافظه GDDR5 ،DDR4 و GDDR6/GDDR6X

(تصویری از برد مدار چاپی یک کارت گرافیک GTX 660)

آشنایی با تفاوت‌های موجود بین استانداردهای حافظه GDDR5 ،DDR4 و GDDR6/GDDR6X

(نمایی از فناوری حالت Clamshell)

یکی از تفاوت‌های اساسی که بین استانداردهای حافظه DDR4 و GDDR5/6 وجود دارد سیکل‌های ورودی و خروجی اطلاعات است. درست همانند کنترلر ساتا، استاندارد DDR4 تنها قادر است تا به انجام یک عملیات خواندن یا نوشتن بر هر سیکل بپردازد، در حالی که این محدودیت در استانداردهای GDDR5 و GDDR6 بهبود پیدا کرده و امکان انجام عملیات خوانش و نوشت در آن واحد در یک سیکل امکان‌پذیر شده است. این خاصیت در افزایش دو برابری پهنای باس به‌صورت مؤثر بسیار تأثیرگذار می‌باشد. اگرچه این موضوع برای استاندارد DDR4 ممکن است به عنوان یک محدودیت بسیار بزرگ تلقی شود، اما باید خاطر نشان کرد که هر دو پیکربندی برای عملکرد صحیح و بی‌عیب و نقص کامپیوتر لازم و ضروری می‌باشند. پردازنده‌های مرکزی در ذات خود از طبیعت ترتیبی برخوردار بوده و در اغلب موارد تنها به اجرای یک عملیات خواندن یا نوشتن می‌پردازند؛ این در حالی است که پردازشگرهای گرافیکی قادرند تا تعداد هزاران هزار هسته را به‌صورت موازی تحت استفاده خود بگیرند. در این حالت می‌توان گفت که پردازنده‌های مرکزی از مزیت تأخیر پایین‌تر در اجرای اطلاعات و کانال‌های دارای عرض کمتر برخوردار می‌باشند؛ عاملی که در مورد پردازشگرهای گرافیکی به دلیل نیاز به پهنای باند بسیار بیشتر آن‌ها با تایمینگ‌ها آزاد به عنوان یک محدودیت نمایان می‌کند.

آشنایی با تفاوت‌های موجود بین استانداردهای حافظه GDDR5 ،DDR4 و GDDR6/GDDR6X

آشنایی با تفاوت‌ها و شباهت‌های موجود بین استانداردهای GDDR5 ،GDDR5X و GDDR6

آشنایی با تفاوت‌های موجود بین استانداردهای حافظه GDDR5 ،DDR4 و GDDR6/GDDR6X

استاندارد GDDR5X همان‌طور که پیشتر نیز اشاره شد میزان انرژی مصرفی را از 1.5 به 1.35 ولت کاهش داده و در عین حال نرخ انتقال داده در ساختار آن نیز به حداکثر 16Gbit/s بر هر پین فزونی پیدا کرده است. استاندارد GDDR6 در مقایسه با GDDR5X به‌نوعی یک ارتقاء نیمه به شمار رفته و جایگزین مستقیمی بر آن محسوب می‌شود، اما بهبود سرعت انتقال داده در استاندارد GDDR5X چگونه محقق شده است؟

آشنایی با تفاوت‌های موجود بین استانداردهای حافظه GDDR5 ،DDR4 و GDDR6/GDDR6X

در پاسخ باید گفت که اندازه ظرفیت واحد پیش واکشی استاندارد GDDR5X با گسترش بیشتری همراه شده است. بر خلاف GDDR5، استاندارد GDDR5X از معماری پیش واکشی 16n (در مقایسه با معماری 8n) پشتیبانی می‌کند که این بهبود به تراشه‌های حافظه اجازه می‌دهد تا 64 بایت (512 بیت) داده را در هر سیکل واکشی کرده و دریافت نماید. این در حالی است که گستردگی این موضوع در استاندارد GDDR5 تنها محدود به 32 بایت (256 بیت) شده است. علاوه بر آن گستردگی ویژگی Burst Length (حجم داده‌های خوانده یا نوشته شده پس از ارسال یک درخواست خوانش و نوشت به کنترلر حافظه) در استاندارد GDDR5X نیز به 16 عدد (درست همانند استاندارد DDR5) ارتقاء پیدا کرده است که تأثیر آن در واکشی 64 بایت (64B) خط حافظه کش بر هر انتقال به‌وضوح قابل مشاهده است (این میزان در استانداردهای GDDR5 و DDR4 محدود به مقدار هشت یا 32B*2 بر هر کانال شده است).

آشنایی با تفاوت‌های موجود بین استانداردهای حافظه GDDR5 ،DDR4 و GDDR6/GDDR6X

استاندارد GDDR6 نیز درست همانند GDDR5X از واحد پیش واکشی به گستردگی 16n برخوردار می‌باشد، اما تقسیم‌بندی آن به دو کنترلر یا به عبارتی دیگر کانال انجام پذیرفته است. بر همین اساس استاندارد GDDR6 نیز قادر است تا 32 بایت داده (مجموع 64 بایت) را واکشی کرده و دو برابر انعطاف‌پذیری فراتر در مقایسه با استاندارد GDDR5 را با خود به ارمغان آورد. اگرچه این پیکربندی در مقایسه با استاندارد GDDR5X درزمینهٔ افزایش نرخ انتقال داده تأثیرگذار نیست، اما در بهبود تطبیق‌پذیری می‌تواند تأثیرگذار باشد. علاوه بر آن لازم به ذکر است که اندازه Burst Length این استاندارد نیز تغییری را به خود ندیده است.

آشنایی با تفاوت‌های موجود بین استانداردهای حافظه GDDR5 ،DDR4 و GDDR6/GDDR6X

(مشابه با استاندارد DDR4، استانداردهای GDDR5 و GDDR6 تیز از 16 پیکربندی بانک حافظه برخوردار می‌باشند)

با توجه به توضیحات پاراگراف بالا، استاندارد GDDR6 نیز قادر است تا حجم معینی از داده را همانند استاندارد GDDR5X واکشی کند، اما اکنون از انعطاف‌پذیری لازم جهت دریافت داده از دو کانال برخوردار می‌باشد که این قابلیت می‌تواند به یک تراشه حافظه کمک کند تا در قالب دو تراشه کوچک‌تر به فعالیت بپردازد (علاوه بر یک تراشه بزرگ‌تر). علاوه بر آن چگالی ظرفیتی تراشه‌های حافظه GDDR6 نیز به 16گیگابیت (دو برابر در مقایسه با استاندارد GDDR5X) افزایش پیدا و فزونی سرعت کلاک از 12 گیگابیت بر ثانیه به 14 گیگابیت بر ثانیه (حداکثر 16 گیگابیت بر ثانیه) نیز در افزایش قابل توجه پهنای باند بسیار تأثیرگذار ظاهر شده است.

آشنایی با تفاوت‌ها و شباهت‌های موجود بین استانداردهای GDDR6 و GDDR6X

استاندارد GDDR6X برای اولین بار توسط کمپانی انویدیا در کارت‌های گرافیک پیشرفته و گران قیمت سری RTX-30 مورد استفاده قرار گرفت. گستردگی پهنای باند بر هر پین در این استاندارد از 14 گیگابیت بر ثانیه به 21 گیگابایت بر ثانیه افزایش پیدا کرده و مقدار کلی پهنای باند نیز به 1008 گیگابایت بر ثانیه فزونی پیدا نموده است. از جمله اصلی‌ترین فناوری‌های پیاده‌سازی شده و متمایز کننده GDDR6X نسبت به دیگر استانداردهای موجود می‌توان به تکنیک رمزگذاری (انکودینگ) PAM4 اشاره کرد که قادر است تا نرخ انتقال داده را در مقایسه با تکنیک NRZ یا کدگذاری باینری استاندارد GDDR6 با افزایش دو برابری همراه سازد.

آشنایی با تفاوت‌های موجود بین استانداردهای حافظه GDDR5 ،DDR4 و GDDR6/GDDR6X

با استفاده از تکنیک NRZ، تنها دو حالت (یک بیت) جهت انتقال داده قابل استفاده است، اما این محدودیت در تکنیک انکودینگ PAM4 به چهار حالت (دو بیت) ارتقا پیدا کرده است. با استفاده از این پیکربندی، امکان ارسال چهار بیت داده بر هر سیکل (دو بیت بر هر لبه کلاک) وجود دارد که همان‌طور که پیشتر نیز اشاره شد، در بهبود دو برابری نرخ انتقال داده بسیار تأثیرگذار می‌باشد. البته نباید فراموش کرد که پیاده‌سازی تکنیک PAM4 در افزایش قابل توجه هزینه و قیمت نهایی محصولات بسیار تأثیرگذار بوده و به همین دلیل شاهد تراشه‌های حافظه GDDR6X در کارت‌های گرافیک رده میانی و ورودی سری RTX-30 کمپانی انویدیا نمی‌باشیم.

آشنایی با تفاوت‌های موجود بین استانداردهای حافظه GDDR5 ،DDR4 و GDDR6/GDDR6X

از جمله دیگر محدودیت‌های استاندارد GDDR6X می‌توان به کاهش اندازه Burst Length به هشت بایت (BL8) اشاره کرد (در مقایسه با BL16 در استاندارد GDDR6)؛ اما به لطف تکنیک سیگنال‌دهی PAM4، هر کدام از کانال‌های 16 بیت این استاندارد قادر است تا 32 بایت داده را بر هر عملیات واکشی کرده و لذا بخش عظیمی از بهبودهای به ارمغان آورده شده در حوزه پهنای باند در نتیجه فرکانس بالاتر استاندارد GDDR6X حاصل شده است. لازم به ذکر است که GDDR6X یک استاندارد JEDEC محسوب نشده و یک راهکار اختصاصی ارائه شده از جانب کمپانی میکرون به شمار می‌رود.

آشنایی با تفاوت‌های موجود بین استانداردهای حافظه GDDR5 ،DDR4 و GDDR6/GDDR6X

منبع: HardwareTimes

محمد جواد قلی پور

22 سال سن، ساکن مشهد، کارشناس مهندسی پزشکی. محمدجواد رشته خود را از روی علاقه انتخاب نموده و به تعمیرات، نگهداری، آنالیز و بررسی تجهیزات پزشکی علاقه مند است. وی سه سال است که به نگارش اخبار و مقالات در حوزه فناوری اطلاعات می‌پردازد. با توجه به اطلاعات بالا در زمینه‌های سخت‌افزار و نرم‌افزار، مقالات کاربردی وی گره از مشکلات کاربران بسیاری گشوده است. محمدجواد به رنگ قرمز رادئونی علاقه مند است.