Technische Verbesserungen des GDDR6X erklärt

Am 1. September^st, 2020 Nvidia kündigte seine brandneue Grafikkartenserie RTX 3000 an, die nicht nur beim traditionellen gerasterten Rendering, sondern auch beim Raytracing ein beispielloses Leistungsniveau versprach. Die Kartenserie RTX 3000 würde zu einer der schnellsten Karten auf dem Markt werden, die mit den Top-Angeboten von AMD in der RX 6000-Serie konkurrieren. Die auf Ampere basierende GPU, die sich in diesen Karten befand, war für sich genommen sehr schnell, aber die weitaus überlegene Leistung war auch das Ergebnis einer weiteren Verbesserung.

Ein großer Teil dieser Leistung stammte aus dem Speicher, der sich auf diesen Karten befand. Die beiden Top-Karten der RTX 3000-Serie, RTX 3080 und RTX 3090, verfügten über einen brandneuen Speichertyp, der zuvor noch nicht für Grafikkarten in Gaming-Qualität verwendet wurde und als GDDR6X bekannt war. Dieser neue Speichertyp versprach die doppelte Bandbreite im Vergleich zum Standard-GDDR6 der Karten der RTX 2000-Serie und der AMD RX 6000-Serie. Mal sehen, was GDDR6X so besonders macht.

Was genau macht VRAM?

Der größte Teil des „Heavy-Lifting“ in Bezug auf die grafische Verarbeitung erfolgt durch den Kern der Grafikkarte, die als GPU bekannt ist. Die GPU ist ein sehr leistungsfähiges Stück Silizium, das für die Verarbeitung grafischer Aufgaben wie Spiele entwickelt und optimiert wurde. Es übernimmt den größten Teil der Verarbeitung, die erforderlich ist, um die auf Ihrem Monitor angezeigten Frames zu verschieben. Um jedoch große Datenmengen zu verarbeiten und die Frames schnell genug vorzubereiten, benötigt die GPU etwas, an dem sie arbeiten kann. Hier kommt VRAM ins Spiel.

VRAM oder Videospeicher ist eine sehr schnelle Speicherform, die auf der Grafikkarte selbst gespeichert wird, sodass die GPU direkten Zugriff darauf hat. Der VRAM speichert Assets und Texturen, die für das Spiel erforderlich sind, damit die GPU bei Bedarf daran arbeiten und die anzuzeigenden Frames vorbereiten kann. Wenn der VRAM diese Assets und andere wichtige Daten nicht schnell genug an die GPU liefern kann, kann es beim Benutzer zu Verlangsamungen, Ruckeln oder sogar Abstürzen kommen. Im Allgemeinen erfordern höhere Auflösungen wie 1440p und 4K mit hohen Grafikeinstellungen mehr VRAM, um diese höherwertigen Assets zu verwalten und zu speichern. Dies bedeutet, dass Sie eine höhere VRAM-Kapazität benötigen, wenn Sie mit diesen Einstellungen bei diesen Auflösungen spielen möchten. Gleichzeitig benötigen Sie einen Speicher mit höherer Geschwindigkeit, um die Daten schnell genug vom VRAM auf die GPU zu übertragen. Hier erweisen sich Speichertechnologien wie GDDR6X als hilfreich.

Mechanismus hinter GDDR6X

Micron Technology (das Unternehmen, das den GDDR6X-Speicher herstellt und an Nvidia und andere Partner liefert) hat kürzlich einige Details zum Mechanismus hinter dem GDDR6X-Speicher veröffentlicht. Dies gibt uns eine bessere Vorstellung davon, wie diese Technologie die extrem hohen Bandbreitenzahlen erreichen kann.

PAM4-Signalisierung

Im Gegensatz zu typischen Datenpfaden, die als "Busse" bezeichnet werden und Daten jeweils 1 Bit verschieben, verwendet GDDR6X eine Technik namens PAM4 (Four-Level Pulse Amplitude Modulation), bei der stattdessen jeweils 1 von 4 diskreten Leistungspegeln gesendet werden können Dies bedeutet, dass GDDR6X 2 Bits gleichzeitig verschieben kann, was die Bandbreite dramatisch erhöht. Micron hat eine Geschichte interessanter Innovationen wie diese, da es die ersten GDDR5-, GDDR5X- und jetzt GDDR6X-Chips der Branche in die Massenproduktion brachte. Micron war der einzige Hersteller von GDDR5X und ist jetzt der exklusive Hersteller von GDDR6X. Micron hatte Folgendes zur Entwicklung von GDDR6X mit PAM4 zu sagen:

Es gibt jedoch eine Einschränkung, die mit dieser aufregenden neuen Technologie einhergeht. GDDR6 hat eine Burst-Länge von 16 Bytes (BL16), was bedeutet, dass jeder seiner beiden 16-Bit-Kanäle 32 Bytes pro Operation liefern kann. GDDR6X hat eine Burst-Länge von 8 Bytes (BL8), aber aufgrund der PAM4-Signalisierung liefert jeder seiner 16-Bit-Kanäle auch 32 Bytes pro Operation. Dies bedeutet, dass GDDR6X bei gleichen Taktraten nicht schneller als GDDR6 ist. Dies bedeutet auch, dass GDDR6X, da es in jedem Zyklus doppelt so viele Signale wie GDDR6 überträgt, auch viel effizienter ist. GDDR6X ist laut Micron auf Geräteebene 15% energieeffizienter als GDDR6 (7,25 pj / Bit gegenüber 7,5 pj / Bit).

Enge Zusammenarbeit mit Nvidia

Eine große treibende Kraft hinter dem Streben nach höherer Bandbreite und höheren Geschwindigkeiten war Nvidia selbst, das während der Entwicklungs- und Testphase des GDDR6X-Speichers eng mit Micron zusammengearbeitet hat. Nvidia ist der einzige Startpartner von Micron, wenn es um GDDR6X-Speicher geht. Dies bedeutet, dass der neue Speichertyp für einige Zeit nur für Nvidia-Karten verfügbar sein wird. Nvidia hat den neuen Speicher bereits auf seinen Flaggschiff-GeForce-Gaming-Grafikkarten installiert. die RTX 3090 und RTX 3080, die so bekommen haben enorme Bandbreitensprünge über GDDR6 der letzten Generation.

Nvidia hat auch einen brandneuen Speichercontroller und PHY für den GDDR6X entwickelt, da er PAM4-Signale verwendet. Wie es aussieht, wurde alles von Nvidia selbst entwickelt. Die GDDR6X-Technologie sollte auch für mehr Karten von Nvidia verfügbar sein, insbesondere für die Serien TITAN und Quadro, die von der erhöhten Bandbreite von GDDR6X in Verbindung mit höheren Kapazitäten erheblich profitieren könnten. Micron hat außerdem bestätigt, dass Nvidia kein exklusiver Partner für GDDR6X ist und dass später auch mehr Unternehmen den neuen Speicherstandard erhalten würden. Dies bedeutet, dass wir davon ausgehen können, dass die Radeon-Karten von AMD auch eine GDDR6X-Anwendung haben, wenn in Zukunft mehr dieser Karten auf den Markt kommen.

GDDR6X mit PAM4 gegen HBM2

Obwohl GDDR6X mit seiner ausgefallenen neuen PAM4-Technologie immer noch teurer in der Herstellung ist als GDDR6, liegt es nicht einmal annähernd an den Kosten der HBM2-Herstellung. HBM oder High Bandwidth Memory schien vor ein paar Generationen wirklich die Zukunft der Grafikkarten-Speichertechnologie zu sein. AMD war sehr bemüht, HBM auf den Mainstream-Markt zu bringen, und sie haben auch eine Reihe von wirklich überwältigenden GPUs mit HBM an Bord auf den Markt gebracht. Die Grafikkarten der Serien Fury und Vega verwendeten Speicher mit hoher Bandbreite, aber leider waren ihre GPU-Kerne nicht schnell genug, um ihnen einen Vorteil gegenüber Nvidia zu verschaffen.

Der auffällige HBM2-Speicher wurde erneut in die Radeon VII zurückgebracht, AMDs neue High-End-Grafikkarte, die auf der Vega-Architektur basiert, jetzt aber auf dem 7-nm-Prozess basiert. Das HBM2 in den Vega-Karten war extrem teuer in der Herstellung und hatte geringe Erträge, was zu einem geringen Angebot und einer noch geringeren Nachfrage führte. Die Radeon VII konnte dem Flaggschiff von Nvidia, der RTX 2080Ti, nicht nahe kommen und stand EOL innerhalb eines Jahres nach ihrer Einführung gegenüber. Das viel schnellere Nvidia-Flaggschiff verwendet den Standard GDDR6.

AMD selbst hat sich nach einer Änderung der Unternehmenshierarchie von seinen HBM-Bemühungen entfernt und mehrere hochrangige Mitglieder wurden von ihren Pflichten entbunden. Die neue AMD Radeon entfernte sich schnell von der HBM-Speicherbesessenheit und führte zu viel realistischeren Speicheroptionen wie dem GDDR6-Speicher des RX 5000 und GPUs der RX 6000-Serie. Das Hauptproblem bei HBM2 ist seine Herstellung. Der Prozess ist äußerst langwierig und teuer, da die HBM2-KGSDs (bekanntermaßen gut gestapelte Chips) in einer Halbleiterfabrik zusammengebaut und dann auf einem Interposer neben einer GPU in einem Reinraum einer anderen Fabrik platziert werden müssen. Dies macht die Produktion viel teurer und mühsamer als GDDR6 oder sogar GDDR6X, da GDDR6X nicht gestapelt werden muss und als diskrete Chips geliefert wird, die in einer Fabrik verlötet werden können.

Es gibt jedoch eine Einschränkung, die hier beachtet werden muss. GDDR6X-Chips benötigen ein sehr sauberes und stabiles Signal, weshalb der Nvidia-Speichercontroller auf der GA102-GPU, der die Speicherchips mit Strom versorgt, jetzt auf einer separaten Stromschiene sitzt. Dies stellt sicher, dass die Chips die erforderliche saubere und stabile Leistung erhalten, die sie für eine ordnungsgemäße Funktion benötigen.

PAM4 für die Zukunft

Die PAM4-Signalisierung ist ein interessanter und wirklich aufregender neuer Prozess, der in verschiedenen Bereichen der PC-Hardware Anwendung finden kann. Während es derzeit auf die GDDR6X-Anwendung in Grafikkarten beschränkt ist, kann die Signalisierungstechnik in Zukunft in anderen Prozessen viel mehr Anwendungen finden. Micron glaubt, dass die Zukunft des Gedächtnisses die PAM 4-Technik ist.

Eine weitere interessante zukünftige Anwendung des PAM4-Signalisierungsstandards ist PCIe Gen 6.0, das 2021 fällig wird. Es verwendet PAM4-Signalisierung, um mehr Effizienz und höhere Datenraten zu erzielen. Da PCIe einen sehr breiten Akzeptanzbereich hat, müssen CPU- und ASIC-Unternehmen irgendwann PAM4 und PCIe 6.0 einführen. Vielleicht wird es eines Tages auch im HBM2-Speicher verwendet, um unwirkliche Bandbreite und Geschwindigkeit bereitzustellen, aber das ist nur Spekulation von unserer Seite.

Wo wird GDDRX verwendet?

Auch wenn wir die Zukunft für eine Sekunde beiseite legen, wird GDDR6X heute noch in vielen wichtigen Anwendungen eingesetzt. Einige der wichtigsten sind:

• Spielen: Die größte und beliebteste Verwendung von GDDR6X-Speicher ist natürlich das Spielen. Micron hat Nvidia die GDDR6X-Module zur Integration in die brandneuen Grafikkarten RTX 3080 und RTX 3090 zur Verfügung gestellt. Dieser Speicher ermöglicht es ihnen, beispiellose Zahlen in Bezug auf Speicherbandbreite und -geschwindigkeit zu erreichen. Die erste Generation von GDDR6X kann Datenübertragungsraten von bis zu 1 TB / s erreichen. Dies kann sich im Hinblick auf Spiele der nächsten Generation als äußerst vorteilhaft erweisen.
• HPC: Die GDDRX-Technologie wird in HPC oder High-Performance Computing verwendet. Es zeichnet sich durch hochparallele Berechnungen aus, mit denen fortschrittliche Anwendungsprogramme zuverlässig, effizient und so schnell wie möglich ausgeführt werden. Diese Computerlösungen werden von Wissenschaftlern, Forschern, Ingenieuren und akademischen Institutionen verwendet, um komplexe Probleme zu lösen.
• Professionelle Virtualisierung: Branchen wie Gesundheitswesen und Medizin, professionelle Videonachbearbeitung, Finanzsimulationen, Wettervorhersage oder Öl und Gas verlassen sich auf wirklich hochwertige Workstations, die die Leistung des GDDR6X-Speichers nutzen können, um ihren Workflow zu optimieren und zu optimieren. Diese Hochleistungsarbeitsplätze sind ein wichtiger Anwendungsfall für den neuen GDDR6X.
• Künstliche Intelligenz: Die GDDRX-Speichertechnologien werden in der künstlichen Intelligenz und ihren Derivaten wie Deep Learning verwendet. Diese Workloads werden immer wichtiger und häufiger, und Hochgeschwindigkeits-Computerlösungen wie GDDRX können in dieser Hinsicht definitiv helfen.

Letzte Worte

GDDR6X ist ein neuer Speichertyp, der von Micron in enger Zusammenarbeit mit Nvidia entwickelt wurde. Der Speicher verwendet eine neue Technologie namens PAM4-Signalisierung, bei der es sich um einen sehr innovativen Architekturprozess handelt, bei dem die effektive Datenübertragungsrate verdoppelt wird. Die Signalisierungstechnik senkt auch den Energieverbrauch und macht so den Speicher effizienter.

Nvidia hat den Speicher in seine neuen RTX 3080- und RTX 3090-Karten implementiert. Dies ist erst der Beginn der möglichen Einführung des GDDR6X-Speichers in den Spielemarkt. Der Speicher ist einfacher und billiger herzustellen als HBM2 und liefert äußerst vielversprechende Ergebnisse. Es scheint also, dass die gesamte Branche diesen Standard früher oder später übernehmen wird. Derzeit sind die GDDRX-Technologien in vielen Bereichen zu finden, darunter Gaming, HPC, professionelle Virtualisierung und KI.