Giải thích về cải tiến kỹ thuật GDDR6X

Vào ngày 1 tháng 9^st, 2020 Nvidia đã công bố loạt card đồ họa RTX 3000 hoàn toàn mới của mình, hứa hẹn mức hiệu suất chưa từng có không chỉ trong kết xuất truyền thống mà còn trong raytracing. Dòng thẻ RTX 3000 sẽ tiếp tục trở thành một số thẻ nhanh nhất trên thị trường cạnh tranh với các sản phẩm hàng đầu của AMD trong dòng RX 6000. GPU dựa trên Ampere bên trong các thẻ này tự nó rất nhanh, nhưng hiệu suất vượt trội thực sự cũng là kết quả của một cải tiến khác.

Một phần lớn của hiệu suất đó đến từ bộ nhớ trên các thẻ này. Hai thẻ hàng đầu của dòng RTX 3000, RTX 3080 và RTX 3090 có một loại bộ nhớ hoàn toàn mới chưa từng được sử dụng trong các thẻ đồ họa cấp chơi game trước đây, được gọi là GDDR6X. Loại bộ nhớ mới này hứa hẹn sẽ tăng gấp đôi băng thông so với GDDR6 tiêu chuẩn được tìm thấy trên dòng RTX 2000 và dòng card AMD RX 6000. Hãy xem điều gì khiến GDDR6X trở nên đặc biệt.

Chính xác thì VRAM làm gì?

Hầu hết các “công việc nặng nhọc” về mặt xử lý đồ họa được thực hiện bởi lõi của card đồ họa được gọi là GPU. GPU là một miếng silicon rất mạnh được thiết kế và tối ưu hóa để xử lý các tác vụ đồ họa như trò chơi. Nó xử lý hầu hết các quá trình cần thiết để đẩy các khung hình mà màn hình của bạn hiển thị. Nhưng để xử lý một lượng lớn dữ liệu và chuẩn bị khung hình đủ nhanh, GPU cần một thứ gì đó để hoạt động. Đây là lúc VRAM xuất hiện.

VRAM hay Bộ nhớ Video là một dạng bộ nhớ tốc độ rất cao được lưu trữ trên chính cạc đồ họa để GPU có thể truy cập trực tiếp vào nó. VRAM lưu trữ các nội dung và kết cấu mà trò chơi yêu cầu để GPU có thể hoạt động trên chúng khi cần thiết và chuẩn bị các khung hình cần được hiển thị. Nếu VRAM không thể cung cấp các nội dung này và dữ liệu quan trọng khác tới GPU đủ nhanh, người dùng có thể gặp phải tình trạng chậm máy, đơ máy hoặc thậm chí là treo máy. Nói chung, các độ phân giải cao hơn như 1440p và 4K với cài đặt đồ họa cao yêu cầu nhiều VRAM hơn để quản lý và lưu trữ các nội dung chất lượng cao hơn, có nghĩa là bạn cần dung lượng VRAM cao hơn nếu bạn muốn phát ở các cài đặt này ở các độ phân giải này. Đồng thời, bạn cần bộ nhớ tốc độ cao hơn để chuyển dữ liệu sang GPU từ VRAM đủ nhanh. Đây là lúc mà các công nghệ bộ nhớ như GDDR6X tỏ ra hữu ích.

Cơ chế đằng sau GDDR6X

Micron Technology (công ty sản xuất và cung cấp bộ nhớ GDDR6X cho Nvidia và các đối tác khác) gần đây đã tiết lộ một số thông tin chi tiết về cơ chế đằng sau bộ nhớ GDDR6X. Điều này cho chúng ta một ý tưởng tốt hơn về cách công nghệ này có thể đạt được số lượng băng thông cực cao.

Báo hiệu PAM4

Không giống như các đường dẫn dữ liệu điển hình được gọi là “bus” di chuyển dữ liệu 1 bit tại một thời điểm, GDDR6X sử dụng kỹ thuật gọi là PAM4 (Điều chế biên độ xung bốn mức), đây là một phương pháp có thể gửi 1 trong số 4 mức công suất rời rạc tại một thời điểm. của 2. Điều này có nghĩa là GDDR6X có thể di chuyển 2 bit cùng một lúc, điều này làm tăng đáng kể băng thông. Micron có một lịch sử đổi mới thú vị như thế này vì nó đã đưa chip GDDR5, GDDR5X và bây giờ là GDDR6X đầu tiên của ngành vào sản xuất hàng loạt. Micron là nhà sản xuất duy nhất của GDDR5X và hiện là nhà sản xuất độc quyền của GDDR6X. Micron có những điều sau đây để nói về sự phát triển của GDDR6X sử dụng PAM4:

Tuy nhiên, có một hạn chế đi kèm với công nghệ mới thú vị này. GDDR6 có độ dài chùm là 16 byte (BL16), nghĩa là mỗi kênh trong số hai kênh 16 bit của nó có thể phân phối 32 byte cho mỗi hoạt động. GDDR6X có độ dài cụm là 8 byte (BL8), nhưng do báo hiệu PAM4, mỗi kênh 16 bit của nó cũng sẽ cung cấp 32 byte cho mỗi hoạt động. Điều này có nghĩa là GDDR6X không nhanh hơn GDDR6 ở cùng tốc độ xung nhịp. Điều này cũng có nghĩa là vì GDDR6X mang nhiều tín hiệu gấp đôi so với GDDR6 trong mỗi chu kỳ, nên nó cũng hiệu quả hơn nhiều. GDDR6X tiết kiệm điện hơn 15% so với GDDR6 (7,25 pj / bit so với 7,5 pj / bit) ở cấp thiết bị, theo Micron.

Đóng cộng tác với Nvidia

Một động lực lớn đằng sau việc thúc đẩy băng thông cao hơn và tốc độ cao hơn chính là Nvidia, công ty đã hợp tác chặt chẽ với Micron trong giai đoạn phát triển và thử nghiệm Bộ nhớ GDDR6X. Nvidia là đối tác ra mắt duy nhất của Micron khi nói đến bộ nhớ GDDR6X, có nghĩa là loại bộ nhớ mới sẽ dành riêng cho thẻ Nvidia trong một thời gian khá dài. Nvidia đã cài đặt bộ nhớ mới trên các card đồ họa chơi game GeForce hàng đầu của họ; RTX 3090 và RTX 3080, do đó đã nhận được bước nhảy vọt về băng thông trên GDDR6 thế hệ trước.

Nvidia cũng đã thiết kế một bộ điều khiển bộ nhớ hoàn toàn mới và PHY cho GDDR6X vì nó sử dụng tín hiệu PAM4 và nhìn bề ngoài, mọi thứ đều được thiết kế nội bộ bởi chính Nvidia. Công nghệ GDDR6X cũng sẽ được Nvidia cung cấp cho nhiều loại thẻ hơn, đặc biệt là dòng TITAN và Quadro có thể được hưởng lợi rất nhiều từ việc tăng băng thông của GDDR6X cùng với dung lượng cao hơn. Micron cũng đã xác nhận rằng Nvidia không phải là đối tác độc quyền cho GDDR6X và nhiều công ty cũng sẽ nhận được tiêu chuẩn bộ nhớ mới sau này. Điều này có nghĩa là chúng ta có thể mong đợi thẻ Radeon của AMD cũng có một số loại ứng dụng GDDR6X khi nhiều thẻ đó ra mắt trong tương lai.

GDDR6X với PAM4 so với HBM2

Mặc dù GDDR6X với công nghệ PAM4 mới lạ mắt vẫn đắt hơn để sản xuất so với GDDR6, nhưng nó thậm chí không bằng với chi phí sản xuất HBM2. HBM hay Bộ nhớ băng thông cao thực sự dường như là tương lai của công nghệ bộ nhớ cạc đồ họa một vài thế hệ trước. AMD đã thực sự nỗ lực để đưa HBM vào thị trường phổ thông và họ đã tung ra một loạt GPU thực sự kém hiệu quả với HBM tích hợp sẵn. Dòng card đồ họa Fury và Vega sử dụng Bộ nhớ băng thông cao, nhưng đáng buồn là lõi GPU của chúng không đủ nhanh để mang lại cho chúng bất kỳ lợi thế nào so với Nvidia.

Bộ nhớ HBM2 hào nhoáng một lần nữa được mang trở lại trong Radeon VII, cạc đồ họa cao cấp mới của AMD dựa trên kiến trúc Vega nhưng hiện được xây dựng trên quy trình 7nm. HBM2 bên trong thẻ Vega được sản xuất cực kỳ đắt tiền và năng suất thấp, dẫn đến nguồn cung thấp và nhu cầu thậm chí còn thấp hơn. Radeon VII không thể đến gần hàng đầu của Nvidia, RTX 2080Ti và phải đối mặt với EOL trong vòng một năm kể từ khi ra mắt. Hàng đầu của Nvidia nhanh hơn nhiều sử dụng GDDR6 tiêu chuẩn.

Bản thân AMD đã rời bỏ nỗ lực HBM của họ sau khi có sự thay đổi trong hệ thống phân cấp của công ty và một số thành viên cấp cao đã được miễn nhiệm. AMD Radeon mới nhanh chóng thoát khỏi nỗi ám ảnh bộ nhớ HBM và chuyển sang các lựa chọn bộ nhớ thực tế hơn nhiều như bộ nhớ GDDR6 được tìm thấy trong RX 5000 và Dòng GPU RX 6000. Vấn đề chính với HBM2 là sản xuất của nó. Quá trình này cực kỳ tẻ nhạt và tốn kém vì HBM2 KGSDs (các khuôn xếp chồng lên nhau tốt được biết đến) phải được lắp ráp tại một fab bán dẫn và sau đó được đặt trên interposer bên cạnh GPU trong phòng sạch của một fab khác. Điều này làm cho việc sản xuất tốn kém và tốn nhiều công sức hơn nhiều so với GDDR6 hoặc thậm chí là GDDR6X vì GDDR6X không yêu cầu xếp chồng và nó được vận chuyển dưới dạng các chip rời có thể được hàn xuống tại nhà máy.

Tuy nhiên, có một điều cần lưu ý ở đây. Các chip GDDR6X cần một tín hiệu rất rõ ràng và ổn định, đó là lý do tại sao bộ điều khiển bộ nhớ Nvidia trên GPU GA102 cung cấp năng lượng cho các chip bộ nhớ hiện nằm trên một đường ray nguồn riêng biệt. Điều này đảm bảo rằng các chip nhận được nguồn điện ổn định và sạch cần thiết để chúng hoạt động bình thường.

PAM4 cho tương lai

Báo hiệu PAM4 là một quá trình mới thú vị và thực sự thú vị có thể tìm thấy các ứng dụng của nó trong một số lĩnh vực phần cứng PC. Mặc dù hiện tại nó bị giới hạn trong ứng dụng GDDR6X trong card đồ họa, nhưng kỹ thuật truyền tín hiệu có thể có nhiều ứng dụng hơn nữa trong các quy trình khác trong tương lai. Micron tin rằng tương lai của bộ nhớ là kỹ thuật PAM 4.

Một ứng dụng thú vị khác trong tương lai của tiêu chuẩn tín hiệu PAM4 là PCIe Gen 6.0 sẽ ra mắt vào năm 2021. Nó sử dụng tín hiệu PAM4 để khai thác hiệu quả hơn và tốc độ dữ liệu cao hơn. Vì PCIe có phạm vi áp dụng rất rộng, các công ty CPU và ASIC cuối cùng sẽ phải áp dụng PAM4 và PCIe 6.0 vào một thời điểm nào đó. Có thể một ngày nào đó nó cũng sẽ được sử dụng trong bộ nhớ HBM2 để cung cấp băng thông và tốc độ không thực nhưng đó chỉ là suy đoán từ phía chúng tôi.

GDDRX được sử dụng ở đâu?

Ngay cả khi chúng ta đặt tương lai sang một bên, GDDR6X vẫn được sử dụng trong nhiều ứng dụng quan trọng ngày nay. Một số điều quan trọng bao gồm:

Chơi game: Tất nhiên, việc sử dụng bộ nhớ GDDR6X lớn nhất và phổ biến nhất là trong chơi game. Micron đã cung cấp các mô-đun GDDR6X cho Nvidia để tích hợp vào các card đồ họa RTX 3080 và RTX 3090 hoàn toàn mới của họ. Bộ nhớ này sẽ cho phép chúng đạt được những con số chưa từng có về băng thông bộ nhớ và tốc độ. Thế hệ GDDR6X đầu tiên có thể đạt tốc độ truyền dữ liệu lên đến 1TB / s. Điều này có thể chứng minh là cực kỳ có lợi về mặt chơi game thế hệ tiếp theo.
HPC: Công nghệ GDDRX được sử dụng trong HPC hoặc Máy tính Hiệu suất cao. Nó được đặc trưng bởi các tính toán song song cao thực hiện các chương trình ứng dụng nâng cao một cách đáng tin cậy, hiệu quả và nhanh nhất có thể. Các giải pháp tính toán này được sử dụng bởi các nhà khoa học, nhà nghiên cứu, kỹ sư và các tổ chức học thuật để giải quyết các vấn đề phức tạp.
Ảo hóa chuyên nghiệp: Các ngành như chăm sóc sức khỏe và y học, xử lý hậu kỳ video chuyên nghiệp, mô phỏng tài chính, dự báo thời tiết hoặc dầu khí dựa vào các máy trạm thực sự cao cấp có thể sử dụng sức mạnh của bộ nhớ GDDR6X để sắp xếp và tối ưu hóa quy trình làm việc của họ. Các máy trạm hiệu suất cao này là trường hợp sử dụng chính cho GDDR6X mới.
Trí tuệ nhân tạo: Công nghệ bộ nhớ GDDRX được sử dụng trong Trí tuệ nhân tạo và các dẫn xuất của nó như Học sâu. Các khối lượng công việc này ngày càng trở nên quan trọng hơn cũng như phổ biến và các giải pháp điện toán tốc độ cao như GDDRX chắc chắn có thể giúp ích trong vấn đề này.

Từ cuối cùng

GDDR6X là một loại bộ nhớ mới được Micron hợp tác chặt chẽ với Nvidia phát triển. Bộ nhớ sử dụng công nghệ mới gọi là báo hiệu PAM4, đây là một quy trình kiến trúc rất sáng tạo, trong đó tốc độ truyền dữ liệu hiệu quả được tăng gấp đôi. Kỹ thuật truyền tín hiệu cũng làm giảm mức sử dụng năng lượng và do đó làm cho bộ nhớ hiệu quả hơn.

Nvidia đã triển khai bộ nhớ vào thẻ RTX 3080 và RTX 3090 mới của mình và đây chỉ là bước khởi đầu của việc triển khai cuối cùng của bộ nhớ GDDR6X vào thị trường trò chơi. Bộ nhớ dễ sản xuất và rẻ hơn HBM2 và cho kết quả vô cùng hứa hẹn, vì vậy có vẻ như cả ngành công nghiệp sẽ sớm áp dụng tiêu chuẩn này. Hiện tại, công nghệ GDDRX được tìm thấy trong nhiều lĩnh vực bao gồm chơi game, HPC, ảo hóa chuyên nghiệp và AI.