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顯卡的顯存類型詳細介紹

2009年12月25日 11:08 www.1cnz.cn 作者:佚名 用戶評論(0
關鍵字:顯卡(65353)

顯卡的顯存類型詳細介紹??
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  顯存是顯卡上的關鍵核心部件之一,它的優劣和容量大小會直接關系到顯卡的最終性能表現。可以說顯示芯片決定了顯卡所能提供的功能和其基本性能,而顯卡性能的發揮則很大程度上取決于顯存。無論顯示芯片的性能如何出眾,最終其性能都要通過配套的顯存來發揮。

  顯存,也被叫做幀緩存,它的作用是用來存儲顯卡芯片處理過或者即將提取的渲染數據。如同計算機的內存一樣,顯存是用來存儲要處理的圖形信息的部件。我們在顯示屏上看到的畫面是由一個個的像素點構成的,而每個像素點都以4至32甚至64位的數據來控制它的亮度和色彩,這些數據必須通過顯存來保存,再交由顯示芯片和CPU調配,最后把運算結果轉化為圖形輸出到顯示器上。

  顯卡的工作原理是:在顯卡開始工作(圖形渲染建模)前,通常是把所需要的材質和紋理數據傳送到顯存里面,開始工作時候(進行建模渲染),這些數據通過AGP總線進行傳輸,顯示芯片將通過AGP總線提取存儲在顯存里面的數據,除了建模渲染數據外還有大量的頂點數據和工作指令流需要進行交換,這些數據通過RAMDAC轉換為模擬信號輸出到顯示端,最終就是我們看見的圖像。

  顯示芯片性能的日益提高,其數據處理能力越來越強,使得顯存數據傳輸量和傳輸率也要求越來越高,顯卡對顯存的要求也更高。對于現在的顯卡來說,顯存是承擔大量的三維運算所需的多邊形頂點數據以及作為海量三維函數的運算的主要載體,這時顯存的交換量的大小,速度的快慢對于顯卡核心的效能發揮都是至關重要的,而如何有效地提高顯存的效能也就成了提高整個顯示卡效能的關鍵。

  作為顯示卡的重要組成部分,顯存一直隨著顯示芯片的發展而逐步改變著。從早期的EDORAM、MDRAMSDRAM、SGRAM、VRAM、WRAM等到今天廣泛采用的DDR SDRAM顯存經歷了很多代的進步。

  目前市場中所采用的顯存類型主要有SDRAM,DDR SDRAM,DDR SGRAM三種。SDRAM顆粒目前主要應用在低端顯卡上,頻率一般不超過200MHz,在價格和性能上它比DDR都沒有什么優勢,因此逐漸被DDR取代。DDR SDRAM是市場中的主流(包括DDR2和DDR3),一方面是工藝的成熟,批量的生產導致成本下跌,使得它的價格便宜;另一方面它能提供較高的工作頻率,帶來優異的數據處理性能。至于DDR SGRAM,它是顯卡廠商特別針對繪圖者需求,為了加強圖形的存取處理以及繪圖控制效率,從同步動態隨機存取內存(SDRAM)所改良而得的產品。SGRAM允許以方塊 (Blocks) 為單位個別修改或者存取內存中的資料,它能夠與中央處理器(CPU)同步工作,可以減少內存讀取次數,增加繪圖控制器的效率,盡管它穩定性不錯,而且性能表現也很好,但是它的超頻性能很差勁,目前也極少使用。

FPM顯存

  FPM DRAM(Fast Page Mode RAM): 快速頁面模式內存。是一種在486時期被普遍應用的內存(也曾應用為顯存)。72線、5V電壓、帶寬32bit、基本速度60ns以上。它的讀取周期是從DRAM陣列中某一行的觸發開始,然后移至內存地址所指位置,即包含所需要的數據。第一條信息必須被證實有效后存至系統,才能為下一個周期作好準備。這樣就引入了“等待狀態”,因為CPU必須傻傻的等待內存完成一個周期。FPM之所以被廣泛應用,一個重要原因就是它是種標準而且安全的產品,而且很便宜。但其性能上的缺陷導致其不久就被EDO DRAM所取代,此種顯存的顯卡已不存在了。


EDO顯存

EDO (Extended Data Out) DRAM,與FPM相比EDO DRAM的速度要快5%,這是因為EDO內設置了一個邏輯電路,借此EDO可以在上一個內存數據讀取結束前將下一個數據讀入內存。設計為系統內存的EDO DRAM原本是非常昂貴的,只是因為PC市場急需一種替代FPM DRAM的產品,所以被廣泛應用在第五代PC上。EDO顯存可以工作在75MHz或更高,但是其標準工作頻率為66 MHz,不過其速度還是無法滿足顯示芯片的需要,也早成為“古董級”產品上才有的顯存。


SGRAM顯存

DDR3顯存可以看作是DDR2的改進版,二者有很多相同之處,例如采用1.8V標準電壓、主要采用144Pin球形針腳的FBGA封裝方式。不過DDR3核心有所改進:DDR3顯存采用0.11微米生產工藝,耗電量較DDR2明顯降低。此外,DDR3顯存采用了“Pseudo Open Drain”接口技術,只要電壓合適,顯示芯片可直接支持DDR3顯存。當然,顯存顆粒較長的延遲時間(CAS latency)一直是高頻率顯存的一大通病,DDR3也不例外,DDR3的CAS latency為5/6/7/8,相比之下DDR2為3/4/5。客觀地說,DDR3相對于DDR2在技術上并無突飛猛進的進步,但DDR3的性能優勢仍比較明顯:


  (1)功耗和發熱量較小:吸取了DDR2的教訓,在控制成本的基礎上減小了能耗和發熱量,使得DDR3更易于被用戶和廠家接受。
  (2)工作頻率更高:由于能耗降低,DDR3可實現更高的工作頻率,在一定程度彌補了延遲時間較長的缺點,同時還可作為顯卡的賣點之一,這在搭配DDR3顯存的顯卡上已有所表現。
  (3)降低顯卡整體成本:DDR2顯存顆粒規格多為4M X 32bit,搭配中高端顯卡常用的128MB顯存便需8顆。而DDR3顯存規格多為8M X 32bit,單顆顆粒容量較大,4顆即可構成128MB顯存。如此一來,顯卡PCB面積可減小,成本得以有效控制,此外,顆粒數減少后,顯存功耗也能進一步降低。
  (4)通用性好:相對于DDR變更到DDR2,DDR3對DDR2的兼容性更好。由于針腳、封裝等關鍵特性不變,搭配DDR2的顯示核心和公版設計的顯卡稍加修改便能采用DDR3顯存,這對廠商降低成本大有好處。
  目前,DDR3顯存在新出的大多數中高端顯卡上得到了廣泛的應用。


SDRAM顯存

SDRAM,即Synchronous DRAM(同步動態隨機存儲器),曾經是PC電腦上最為廣泛應用的一種內存類型,即便在今天SDRAM仍舊還在市場占有一席之地。既然是“同步動態隨機存儲器”,那就代表著它的工作速度是與系統總線速度同步的。SDRAM內存又分為PC66、PC100、PC133等不同規格,而規格后面的數字就代表著該內存最大所能正常工作系統總線速度,比如PC100,那就說明此內存可以在系統總線為100MHz的電腦中同步工作。

  與系統總線速度同步,也就是與系統時鐘同步,這樣就避免了不必要的等待周期,減少數據存儲時間。同步還使存儲控制器知道在哪一個時鐘脈沖期由數據請求使用,因此數據可在脈沖上升期便開始傳輸。SDRAM采用3.3伏工作電壓,168Pin的DIMM接口,帶寬為64位。SDRAM不僅應用在內存上,在顯存上也較為常見。

  SDRAM可以與CPU同步工作,無等待周期,減少數據傳輸延遲。優點:價格低廉,曾在中低端顯卡上得到了廣泛的應用。SDRAM在DDR SDRAM成為主流之后,就風光不再,目前則只能在最低端的產品或舊貨市場才能看到此類顯存的產品了。

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DDR顯存

 DDR顯存分為兩種,一種是大家習慣上的DDR內存,嚴格的說DDR應該叫DDR SDRAM。另外一種則是DDR SGRAM,此類顯存應用較少、不多見。

DDR SDRAM
  人們習慣稱DDR SDRAM為DDR。DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的縮寫,是雙倍速率同步動態隨機存儲器的意思。DDR SDRAM是在SDRAM基礎上發展而來的,仍然沿用SDRAM生產體系,因此對于內存廠商而言,只需對制造普通SDRAM的設備稍加改進,即可實現DDR內存的生產,可有效的降低成本。

  SDRAM在一個時鐘周期內只傳輸一次數據,它是在時鐘的上升期進行數據傳輸;而DDR內存則是一個時鐘周期內傳輸兩次次數據,它能夠在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數據,因此稱為雙倍速率同步動態隨機存儲器。DDR內存可以在與SDRAM相同的總線頻率下達到更高的數據傳輸率。

  與SDRAM相比:DDR運用了更先進的同步電路,使指定地址、數據的輸送和輸出主要步驟既獨立執行,又保持與CPU完全同步;DDR使用了DLL(Delay Locked Loop,延時鎖定回路提供一個數據濾波信號)技術,當數據有效時,存儲控制器可使用這個數據濾波信號來精確定位數據,每16次輸出一次,并重新同步來自不同存儲器模塊的數據。DDL本質上不需要提高時鐘頻率就能加倍提高SDRAM的速度,它允許在時鐘脈沖的上升沿和下降沿讀出數據,因而其速度是標準SDRA的兩倍。DDR SDRAM是目前應用最為廣泛的顯存類型,90%以上的顯卡都采用此類顯存。

DDR SGRAM
  DDR SGRAM是從SGRAM發展而來,同樣也是在一個時鐘周期內傳輸兩次次數據,它能夠在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數據。可以在不增加頻率的情況下把數據傳輸率提高一倍。DDR SGRAM在性能上要強于DDR SDRAM,但其仍舊在成本上要高于DDR SDRAM,只在較少的產品上得到應用。而且其超頻能力較弱,因其結構問題超頻容易損壞。


DDR2顯存

DDR2顯存可以看作是DDR顯存的一種升級和擴展,DDR2顯存把DDR顯存的“2bit Prefetch(2位預取)”技術升級為“4 bit Prefetch(4位預取)”機制,在相同的核心頻率下其有效頻率比DDR顯存整整提高了一倍,在相同顯存位寬的情況下,把顯存帶寬也整整提高了一倍,這對顯卡的性能提升是非常有益的。從技術上講,DDR2顯存的DRAM核心可并行存取,在每次存取中處理4個數據而非DDR顯存的2個數據,這樣DDR2顯存便實現了在每個時鐘周期處理4bit數據,比傳統DDR顯存處理的2bit數據提高了一倍。相比DDR顯存,DDR2顯存的另一個改進之處在于它采用144Pin球形針腳的FBGA封裝方式替代了傳統的TSOP方式,工作電壓也由2.5V降為1.8V。


  由于DDR2顯存提供了更高頻率,性能相應得以提升,但也帶來了高發熱量的弊端。加之結構限制無法采用廉價的TSOP封裝,不得不采用成本更高的BGA封裝(DDR2的初期產能不足,成本問題更甚)。發熱量高、價格昂貴成為采用DDR2顯存顯卡的通病,如率先采用DDR2顯存的的GeForce FX 5800/5800Ultra系列顯卡就是比較失敗的產品。基于以上原因,DDR2并未在主流顯卡上廣泛應用。


DDR3顯存
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