速度更高、带宽更大 GDDR6前瞻概览

　　2007年，JEDEC就发布了GDDR5相关资料，直到10年后的2017年，JEDEC才慢吞吞地给出了GDDR6的规范。这次的好消息是，虽然JEDEC给出规范白皮书的时间比较晚，但实际上厂商早已有大量GDDR6的资料，甚至接近投产阶段。包括三星、海力士、美光等厂商相继宣布了自己的GDDR6战略，一时间GDDR6山雨欲来，成为业内讨论热

　　如果在PC的部件中比较谁的带宽比较高的话，除了内存外，另一个引人注目就是显存。由于GPU对数据和带宽的渴求几乎无穷无尽，脱胎于DDR的GDDR在一开始就专精于超大带宽，时下的顶级显卡的显存带宽甚至达到了约500GB/s的惊人水平。从初代产品GDDR开始，经历GDDR2、GDDR3以及不甚成功的GDDR4之后，显存在2012年进入了GDDR5时代，迄今已有6年之久。6年来，GDDR5显存除了单纯的频率小幅度提升外，架构没有实质性改进，这也导致显存带宽成为瓶颈，逐渐不能满足GPU高速增长的带宽需求。为此业内还开发出了GDDR5X甚至高成本的HBM显存来救场。不过，该来的总是会来，随着三星、美光等厂商开始投产GDDR6，显卡市场又将迎来一波新品热潮。GDDR6相比之前的GDDR5X和HBM显存，又有哪些优势？有哪些显卡有望首先使用GDDR6显存呢？

　　溯源：显存的预取值和等效传输频率

　　如果长期关注本刊的读者应该会有印象，目前在PC随机存储技术演进路线主要依靠的是提高预取值和提高等效传输频率两个方法。比如DDR和SDRAM，前者采用时钟周期上下沿都传输数据的方式实现了数据传输翻倍、同时数据预取值从之前的1提高到了2——也就是说DDR在每个时钟周期传输2次数据，每次传输2个数据。相比SDRAM，DDR的传输带宽大幅度提高，例如DDR266内存的物理频率仅为66MHz，但传输能力等同于运行在266MHz下的SDRAM，虽然这个频率SDRAM永远都不可能达到。

　　在显存方面，由于早期GDDR脱胎于DDR，和DDR的技术差距很小，比如GDDR2和DDR2、DDR和GDDR，除了部分面向图形的特性以外（这也是GDDR的“G”，也就是Graphic图形的由来），其它的规范基本相当，因此频率、功耗等表现如出一辙。在GDDR3规范制定之前，AMD和英伟达认为在JEDEC的规范下缓慢发展的GDDR并不符合GPU发展的需求，随后就开始深入介入GDDR规范的制定，此后发布的GDDR3虽然依旧脱胎于DDR2和GDDR2，但是大幅度改善了发热，提高了频率，能够带来更高的带宽。从GDDR3开始，DDR和GDDR分道扬镳。

　　GDDR3采用的是4bit预取方案，桌面的DDR3内存采用的则是8bit预取方案。随后的GDDR4也采用的8bit预取方案，但是在I/O接口上存在一些设计缺陷，数据传输频率无法得到有效提高，被很快弃用。GDDR5显存在2012年终于登场，依旧是8bit预取，但是QDR双数据总线和4路bank设计使得GDDR5在传输频率上进一步大幅度提升，最高可达8Gbps。目前最新的DDR4内存停留在了8bit预取，数据传输频率的提升主要来自于双bank读写技术，也就是说DDR4内存中的每个bank的预取都是8bit，双路读写下预取值被变相提升到了16bit，这个技术可以简单的被认为DDR4的数据存储被分成2个区域，每个区域独立并行读写，实际上可看做内存内部的“双通道技术”。

　　GDDR5、DDR4都采用了8bit预取，那么16bit预取什么时候到来呢？没错，抢在GDDR6之前发布的GDDR5X采用的是16bit预取和QDR四路数据总线高速接口，最终速度可达10~13Gbps。作为一个典型的“半代”产品，GDDR5X主要目的还是在GDDR6没有登场之前起到临时救场的作用，可以预见的是在GDDR6正式登场后，GDDR5X可能会很快消失。

　　GDDR6：双通道和16bit预取

　　言归正传，说了这么多GDDR和DDR发展的内容，GDDR6也该正式登场了。GDDR6采用了哪些技术提升数据传输频率呢？

　　首先，GDDR6是采用了16bit预取。和GDDR5X以及之前的产品一样，采用更大的16bit预取是提高数据传输频率的最有效方法之一。不过相应的负面因素是更大的预取带来的更高的延迟，为了掩蔽这些延迟，可能需要更高的数据传输频率以及更有技巧的设计方案。

　　其次，GDDR6拥有2个读写通道，不过每个通道读写的宽度会降低。比如GDDR5和GDDR5X都只有一个通道，通道的读写宽度为32/16。GDDR6则增加到了2个通道，每通道的读写宽度降低为16/8，虽然表面上看起来GDDR6的单通道能力降低了，但是两个通道同时读写则会带来性能的显著提升。

　　第三，GDDR6运行电压降低到了1.35V，通过降低电压，GDDR6能够实现降低运行功耗、漏电率等，进一步降低终端产品的能耗。

　　除了上述三点改进外，其他一些比较显著的改进还包括支持CRC校验，改进的封装模式采用更少的球珠（相比GDDR5X），GDDR6的封装采用的是180-ballBGA，GDDR5X是190-ball BGA，GDDR5则是170-ball BGA。另外，GDDR6的工作温度被大幅度拓展至-40摄氏度至105摄氏度，这使得GDDR6能够在更宽泛的场合使用，包括一些位于极端条件下的设备，也使得GDDR6不仅仅是显卡或者游戏机的专属，还可以使用在诸如对性能有要求同时工作环境苛刻的诸如车载、野外通信、工业场景等。

　　在大量新技术的加持下，GDDR6的性能在目前看来变得极为恐怖。GDDR6的速度会从12Gbps起跳，最终可达16Gbps，达到GDDR5的两倍。在显存容量上，GDDR5目前是单片8Gb和16Gb，也就是单片1GB或者2GB容量，GDDR6会提升到最高32Gb，也就是单片4GB。折算到相应产品上来的话，GDDR6搭配256bit位宽的显卡，最大带宽可达512GB/s，采用8颗显存颗粒的话，最大显存容量可达32GB。对顶级显卡而言，采用384bit的显存位宽，显存带宽最高可达768GB/s，搭配12颗显存颗粒的话最大显存容量甚至可达到48GB，远超目前的GDDR5规格。

　　三国争霸：三星、海力士和美光的GDDR6计划

　　在技术细节说完后，我们来看看相关产品方面。目前全球三大存储芯片厂商三星、海力士和美光都推出了自己的GDDR6计划，不过由于技术实力差异和产品研发路线不同等因素，这三家的产品还存在一定的区别。

　　作为存储芯片的头号企业，三星在GDDR6上速度不算是最快的，但是规格是最高的。三星在18年1月中旬就推出了GDDR6产品的样品并宣布量产开始。三星的初代GDDR6工艺采用10nm级别工艺，业内估计为14nm，单颗GDDR6颗粒容量为16Gb（2GB），速度为18Gbps，甚至高于JEDEC规范中制定的GDDR6速度上限，充分展示了三星的技术实力。假设一款256bit的主流显卡使用三星的GDDR6显存颗粒的话，在使用8颗显存组建16GB显存容量的情况下，显存数据传输频率最高可达18Gb/s，折合带宽高达576GB/s，堪称史无前例。

　　除了三星外，同为韩国的存储芯片企业海力士也推出了自己的GDDR6显存，工艺为21nm，后期会使用更先进的工艺，海力士的GDDR6显存目前已经开始悄然出货，共有四个版本，其单颗容量均为8Gb也就是1GB，只有三星的一半，速度为分别为14Gbps、12Gbps和10Gbps三种。尤其值得一提的是，海力士推出的四款产品中，除了2款常规电压1.35V的GDDR6颗粒外，还推出了两款低电压版本的1.25V的GDDR6显存，可能是用于移动设备等对功耗要求比较高的场合。

　　在韩国企业之外，美光也宣布自己的GDDR6方案，甚至比三星和海力士早了接近一个月。美光首发了7个规格的GDDR6颗粒，容量全部都是8Gb，速度也从10Gbps到14Gbps不等，包括10Gbps、12Gbps、13Gbps和14Gbps，工艺则采用了16nm方案。和海力士一样，除了标准电压的产品外，美光也推出了多款1.25V低电压的产品应对低功耗场合。

　　总的来看，三家厂商在GDDR6的发展上都非常积极，基本上在JEDEC的规范推出后不到一年时间，相应产品就已经上市。这和之前GDDR5时代规范推出后五年后才有产品上市大相径庭，可见厂商对产品换代还是非常积极的，毕竟能够赚取更高利润。

　　在产品推出后，究竟谁会先用到GDDR6就比较值得探究了，毕竟HBM的高昂价格在主流显卡上完全无法接受，GDDR5X也只是过渡方案。

　　根据现有消息，英伟达首发GDDR6显存的显卡几率比较高。业内盛传英伟达将在2018年4月的GTC大会上发布全新架构的游戏显卡产品，替代2016年5月发布的帕斯卡架构的相应产品，这款新品的架构代号等内容尚不清楚，但是首发GDDR6的可能性非常高。毕竟高频率、高容量和低功耗的GDDR6显存能为新架构显卡带来更强的综合性能。考虑三家厂商的研发速度和产品差异等，三星中选英伟达的新显卡的可能性最高。也就是说我们有望在新的显卡上看到三星那款史无前例的18Gbps的颗粒登场。除了英伟达外，AMD短期内没有消息有新显卡发布，因此极有可能暂时和GDDR6无缘。目前AMD正忙于新的CPU和APU产品，GPU方面短期内不会有旗舰级产品发布。

　　总的来看，GDDR6的发布，将是存储和显卡业界未来一两年最重要的事情。随着GDDR6技术的逐渐成熟，更高容量、更快速度颗粒的不断发布，GDDR6将大大拓展目前显卡带宽逼仄的情况，将GPU性能再度推向一个新的高峰。不仅如此，由于GDDR6强大的性能和出色的性能功耗比、低电压设计以及宽泛的温度应用范围等，GDDR6还有可能大大拓展其应用范围，在诸如移动设备、游戏主机、特殊场合设备上，成为业内主流的通用存储颗粒之一，到时候GDDR6的“G”就可能不再表示Graphic的意思了，它还有“General”也就是“通用”的含义在内，成为业内存储颗粒的主流选择。

　　文、图/丁泰勇