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显存发展的新趋势

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作者:Christoph Bilger#BSD# 时间:2005-08-31来源:EDN电子设计技术收藏

 发展的新趋势

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/8019.htm

前言
  随着人们对现代台式机和笔记本电脑的处理器和系统内存的要求日益严格,对图形控制器和的性能要求也越来越高。在这种发展趋势下,系统内存从DDR1(双数据率)SDRAM升级到了DDR2 SDRAM。在领域,也在进行同样的升级换代——在高端领域,GDDR1向GDDR3转换几近完成,GDDR3继承了GDDR2中实现的新功能;在主流显存领域,x16DDR1正在向x16DDR2转换。与GDDR1相比,新的GDDR3图形标准大幅提升了系统的图形性能,可满足高端独立式图形系统市场的需求。


  由于工艺改进,DDR SDRAM的时钟频率不断提高。当前端总线为800MHz的处理器和双通道内存架构刚刚问世之时,非缓冲型DDR400 DIMM模块成为了高性能台式机的标准配置。PC系统内存的下一代同步DRAM被称为DDR2,它在DDR标准的基础上实现了大量改进,显著增强了系统内存性能。伴随着这种演进,显存的性能和架构也在不断改进,而GDDR3(图形DDR 3)的推出更是将目光瞄准了标志性的1 GHz。
  GDDR3--工作频率高达1 GHz
  与系统内存不同,显存必须通过快速点到点运算来支持大量像素处理和显示。因此,时钟频率或带宽至关重要。自英飞凌公司推出显存DDR技术以来,目前GDDR1显存在图形市场大有一统天下之势,而GDDR2则少人问津。GDDR1显存的时钟频率一般在300 MHz至500 MHz左右。如今,GDDR3使时钟频率从500 MHz跃升至800 MHz左右,甚至更快。例如,如果系统内存总线为256位,那么,借助800MHz GDDR3显存,可以实现51.2GBps的内存带宽。
  从根本上讲,GDDR3与面向系统内存的DDR2标准十分类似,不过它为高时钟频率进行了优化。GDDR3显存和GDDR1显存之间的主要区别是:工作电压从2.5伏降至1.8伏;芯片上信号端接(片上端接);动态可控阻抗输出驱动;4位预取;单向单端数据选通。这些功能可带来更高时钟频率、更出色的信号完整性和更低功耗。将电源电压从2.5 V降至1.8 V实现了功耗降低,但不会降低频率,或者可以更高频率的运行而不会增加功耗。得益于这些改进,如今GDDR3显存能够实现比原来高得多的时钟频率。
  在更高的传输频率下,信号线路必须利用一定的阻抗进行端接,以防止能量反射导致信号干扰。GDDR1采用的是板载端接,而GDDR3的片上端接则是直接在内存芯片上实现的。
  支持可靠的高速信号点到点传输的另一个重要功能特征是阻抗适当的VDDQ端接。GDDR3的I/O接口采用了伪开漏逻辑设计,总线分别端接至两端:位于信号源的动态可控的40欧姆阻抗驱动,和位于信号目的端的片上端接(60欧姆)。



  发展史
  归功于其特别适用于图形应用的特殊功能(如寄存器),早期的显存就已大大优于标准RAM。然而,随着显存的发展,一代又一代新的显存对这些特殊特性的利用却越来越少,显存变得与标准RAM十分接近。不过,对更高时钟频率的关注仍日益增加。
  2001年,英飞凌科技公司发布了面向功能强大的三维图形应用的128Mb DDR-SGRAM(同步图形RAM)模块。之前,英飞凌公司已成功地推出了首款DDR显存--32Mb DDR-SGRAM,显著提高了三维图形应用的图像品质。这个128Mb SGRAM的结构为4M x 32,是适用于32位、64位和128位总线应用的理想显存。
  该模块也是首款采用符合JEDEC标准的球栅阵列(BGA)封装的显存,支持的时钟频率高达300 MHz。采用BGA封装的显存占用的板上空间不足TSOP或TQFP封装显存所需空间的一半。此外,BGA封装还具备更佳散热及电气性能。
  
  集成显卡和独立显卡
  比如最新计算机游戏(拥有复杂场景和栩栩如生环境及造型)这样的图形应用,为顶级处理器性能和高速显存设立了基准,同时也为此开发出了专用图形处理器和显存。它们不仅能够完全应对这些挑战,而且卸载了CPU和/或系统内存的部分负荷。总的来讲,图形系统可以分为两类:集成式和独立式。就集成式图形系统而言,图形处理器集成到了台式机或笔记本电脑的主板上,并共用系统内存。当然,这就意味着图形控制器会受到系统内存带宽的限制。图形数据需要从主板输出至显示器。
  在独立式图形系统中,图形控制器拥有专用显存,直接向显示器输出,并在独立的板卡上拥有单独的逻辑电路(图形卡也可用于升级PC)。独立式图形系统通过一个高速总线(AGP:图形加速端口)连接至主板。AGP总线可以533 MHz的速率提供一个32位接口,从而可实现每秒2GBps的数据率。新的PCI Express接口标准甚至可以实现最高达8GBps的数据率。在独立式架构下,图形系统独立于系统内存,可以为访问专用显存提供更高带宽。
  显存的性能主要取决于帧缓冲器的大小和数据带宽。iSupply公司的市场分析师按性能(以及相应的价格)将显存分为如下几级:发烧友级/高性能级、主流级和经济型。实时计算运动中的三维场景所需的全部信息(如纹理详情或模型坐标)均暂时保存在帧缓冲器中。因此,图形系统的帧缓冲器的大小和速率对图形应用的分辨率、颜色数量和流畅的播放效果有着至关重要的影响。通常,经济型图形系统的帧缓冲为64 MB,而当今的高端图形系统的帧缓冲能达到256 MB。在内存带宽方面,不同级别的图形系统之间的差距则更加明显。目前,经济型系统可为图形控制器和帧缓冲器提供3.2GBps带宽(64位总线带宽;200 MHz内存时钟频率),而高端图形系统则可实现十倍于其的带宽:32GBps带宽(256位总线带宽;500 MHz内存时钟频率)。显然,根据性能要求,图形系统需要不同类型的显存。高端图形系统(发烧友级和主流高端产品)需要大量显存、较宽接口(x 32位结构)和更高工作频率(> 500 MHz)。另一方面,经济型系统则要尽量降低成本。所以,经济型产品往往采用更小、速度更慢的内存和较窄的接口(x 16位结构)。



关键词: 显存

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