في 1 سبتمبرشأعلنت Nvidia 2020 عن سلسلة بطاقات الرسومات الجديدة RTX 3000 التي وعدت بمستويات غير مسبوقة من الأداء ، ليس فقط في العرض النقطي التقليدي ولكن أيضًا في Raytracing. ستستمر سلسلة بطاقات RTX 3000 لتصبح بعضًا من أسرع البطاقات في السوق لتنافس أفضل عروض AMD في سلسلة RX 6000. كانت وحدة معالجة الرسومات (GPU) القائمة على Ampere والموجودة داخل هذه البطاقات سريعة جدًا من تلقاء نفسها ، ولكن الأداء المتفوق بشكل كبير كان في الواقع نتيجة لتحسين آخر أيضًا.
يعد GDDR6X بجلب مستويات غير مسبوقة من النطاق الترددي والسرعة - الصورة: تقنية Micron
جاء جزء كبير من هذا الأداء من الذاكرة الموجودة على متن هذه البطاقات. تميزت أول بطاقتين من سلسلة RTX 3000 ، RTX 3080 و RTX 3090 بنوع ذاكرة جديد تمامًا لم يتم استخدامه من قبل في بطاقات الرسومات المخصصة للألعاب ، والمعروفة باسم GDDR6X. يعد هذا النوع الجديد من الذاكرة بمضاعفة النطاق الترددي مقارنةً ببطاقة GDDR6 القياسية التي تم العثور عليها في سلسلة RTX 2000 وبطاقات سلسلة AMD RX 6000. دعونا نرى ما الذي يجعل GDDR6X مميزًا للغاية.
ماذا تفعل بالضبط VRAM؟
يتم تنفيذ معظم 'الأحمال الثقيلة' من حيث المعالجة الرسومية من خلال جوهر بطاقة الرسومات المعروفة باسم GPU. تعد وحدة معالجة الرسومات قطعة قوية جدًا من السيليكون تم تصميمها وتحسينها لمعالجة المهام الرسومية مثل الألعاب. يتعامل مع معظم المعالجة المطلوبة لدفع الإطارات التي تعرضها شاشتك. ولكن من أجل معالجة كميات كبيرة من البيانات وإعداد الإطارات بسرعة كافية ، تحتاج وحدة معالجة الرسومات إلى شيء ما للعمل عليه. هذا هو المكان الذي تأتي فيه VRAM.
VRAM أو Video Memory عبارة عن نموذج ذاكرة عالي السرعة يتم تخزينه على بطاقة الرسومات نفسها بحيث يمكن لوحدة معالجة الرسومات الوصول المباشر إليها. تقوم VRAM بتخزين الأصول والأنسجة التي تتطلبها اللعبة بحيث يمكن لوحدة معالجة الرسومات العمل عليها عند الحاجة وإعداد الإطارات التي يجب عرضها. إذا لم تتمكن VRAM من تقديم هذه الأصول وغيرها من البيانات المهمة إلى وحدة معالجة الرسومات بالسرعة الكافية ، فيمكن للمستخدم تجربة تباطؤ أو تقطع أو حتى تعطل. بشكل عام ، تتطلب الدقة الأعلى مثل 1440p و 4K مع الإعدادات الرسومية العالية المزيد من VRAM لإدارة وتخزين تلك الأصول عالية الجودة ، مما يعني أنك بحاجة إلى سعة أعلى من VRAM إذا كنت تريد اللعب بهذه الإعدادات في هذه الدقة. في نفس الوقت ، تحتاج إلى ذاكرة ذات سرعة أعلى لنقل البيانات إلى وحدة معالجة الرسومات من VRAM بسرعة كافية. هذا هو المكان الذي تثبت فيه تقنيات الذاكرة مثل GDDR6X أنها مفيدة.
آلية وراء GDDR6X
أصدرت شركة Micron Technology (الشركة التي تصنع وتورد ذاكرة GDDR6X إلى Nvidia وشركاء آخرين) مؤخرًا بعض التفاصيل حول الآلية الكامنة وراء ذاكرة GDDR6X. يمنحنا هذا فكرة أفضل عن كيفية قدرة هذه التقنية على تحقيق أرقام النطاق الترددي العالية للغاية.
إشارات PAM4
على عكس مسارات البيانات النموذجية المسماة 'الحافلات' التي تنقل البيانات 1 بت في كل مرة ، يستخدم GDDR6X تقنية تسمى PAM4 (تعديل اتساع النبض رباعي المستويات) ، وهي طريقة يمكنها إرسال 1 من 4 مستويات طاقة منفصلة في وقت واحد بدلاً من ذلك 2. وهذا يعني أن GDDR6X يمكنه تحريك 2 بت في كل مرة مما يزيد عرض النطاق الترددي بشكل كبير. تمتلك شركة Micron تاريخًا حافلًا بالابتكارات المثيرة للاهتمام مثل هذه حيث جلبت أول GDDR5 و GDDR5X ، والآن رقائق GDDR6X إلى الإنتاج الضخم. كانت شركة Micron هي المنتج الوحيد لـ GDDR5X وهي الآن الشركة المصنعة الحصرية لـ GDDR6X. كان لدى Micron ما يلي ليقوله عن تطوير GDDR6X باستخدام PAM4:
قال رالف إيبرت ، مدير قسم الرسومات في شركة Micron: 'في Micron ، كان لدينا علماء يبحثون في كيفية استخدام PAM4 في الذاكرة بالفعل منذ عام 2006'. 'قلت عمدًا العلماء لأنني سأفرق بين المطورين والعلماء. هؤلاء هم الأشخاص الذين يقومون بالفعل بعمل الأساس للابتكار. لقد أخذوا تقنية PAM4 بشكل أساسي وحاولوا معرفة كيف يمكننا استخدام ذلك في DRAM. كان على العلماء العمل جنبًا إلى جنب مع مطوري GDDR ، الأشخاص الذين وقعوا على الشريحة '، قال إيبرت. 'لقد تعاونوا أيضًا بشكل وثيق جدًا مع مهندسي النظام والمنتجات الذين يفهمون التحديات من منظور النظام والتصنيع الشامل.'
ومع ذلك ، هناك قيود تأتي مع هذه التكنولوجيا الجديدة المثيرة. يبلغ طول GDDR6 16 بايت (BL16) ، مما يعني أن كل قناة من قناتيها ذات 16 بت يمكن أن تقدم 32 بايت لكل عملية. يبلغ طول GDDR6X رشقة 8 بايت (BL8) ، ولكن نظرًا لإشارات PAM4 ، ستوفر كل قناة من قنواتها ذات 16 بت 32 بايت لكل عملية. هذا يعني أن GDDR6X ليس أسرع من GDDR6 على نفس سرعات الساعة. هذا يعني أيضًا أنه نظرًا لأن GDDR6X يحمل ضعف إشارات GDDR6 خلال كل دورة ، فهو أيضًا أكثر كفاءة. يعتبر GDDR6X أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة بنسبة 15٪ من GDDR6 (7.25 pj / bit مقابل 7.5 pj / bit) على مستوى الجهاز ، وفقًا لمايكرون.
PAM4 Signaling هي تقنية ثورية في تقنية الذاكرة - الصورة: تقنية Micron
تعاون وثيق مع Nvidia
إن القوة الدافعة الكبيرة وراء الدفع نحو عرض نطاق ترددي أعلى وسرعات أعلى كانت Nvidia نفسها ، التي تعاونت بشكل وثيق مع Micron خلال مرحلتي تطوير واختبار ذاكرة GDDR6X. Nvidia هي الشريك الوحيد لإطلاق Micron عندما يتعلق الأمر بذاكرة GDDR6X ، مما يعني أن نوع الذاكرة الجديد سيكون حصريًا لبطاقات Nvidia لبعض الوقت. قامت Nvidia بالفعل بتثبيت الذاكرة الجديدة على بطاقات رسومات الألعاب GeForce الرائدة ؛ RTX 3090 و RTX 3080 ، والتي حصلت على هذا النحو قفزات هائلة في عرض النطاق الترددي على الجيل الأخير من GDDR6.
المواصفات الكاملة لذاكرة GDDR6X - صورة: تقنية Micron
صممت Nvidia أيضًا وحدة تحكم ذاكرة جديدة تمامًا و PHY لـ GDDR6X نظرًا لأنها تستخدم إشارات PAM4 ، ومن خلال مظهرها ، تم تصميم كل شيء داخليًا بواسطة Nvidia نفسها. يجب أن تأتي تقنية GDDR6X أيضًا إلى المزيد من البطاقات بواسطة Nvidia ، ولا سيما سلسلة TITAN و Quadro التي يمكن أن تستفيد بشكل كبير من عرض النطاق الترددي المتزايد لـ GDDR6X إلى جانب السعات الأعلى. أكدت شركة Micron أيضًا أن Nvidia ليست شريكًا حصريًا لـ GDDR6X وأن المزيد من الشركات ستحصل أيضًا على معيار الذاكرة الجديد لاحقًا. هذا يعني أنه يمكننا أن نتوقع أن يكون لبطاقات AMD Radeon نوع من تطبيقات GDDR6X عند إطلاق المزيد من هذه البطاقات في المستقبل.
GDDR6X مع PAM4 مقابل HBM2
على الرغم من أن GDDR6X بتقنية PAM4 الجديدة الفاخرة لا تزال أكثر تكلفة في التصنيع من GDDR6 ، إلا أنها ليست قريبة من تكلفة تصنيع HBM2. بدت HBM أو High Bandwidth Memory حقًا مثل مستقبل تكنولوجيا ذاكرة بطاقة الرسومات منذ جيلين. كانت AMD تضغط بشدة لجلب HBM إلى السوق الرئيسية وأطلقت سلسلة من وحدات معالجة الرسوميات المحبطة حقًا مع HBM على متن الطائرة. استخدم خط Fury و Vega من بطاقات الرسومات ذاكرة النطاق الترددي العالي ، ولكن للأسف لم تكن نوى GPU الخاصة بهم سريعة بما يكفي لمنحهم أي نوع من الميزات على Nvidia.
أعيدت ذاكرة HBM2 البراقة مرة أخرى إلى Radeon VII ، بطاقة الرسومات الجديدة المتطورة من AMD القائمة على بنية Vega ولكنها مبنية الآن على عملية 7 نانومتر. كان تصنيع HBM2 الموجود داخل بطاقات Vega مكلفًا للغاية وعائدات منخفضة ، مما أدى إلى انخفاض العرض وحتى انخفاض الطلب. لم يستطع Radeon VII الاقتراب من الطراز الرئيسي لشركة Nvidia ، RTX 2080Ti ، وواجه EOL في غضون عام من إطلاقه. يستخدم الرائد Nvidia الأسرع بكثير GDDR6 القياسي.
ابتعدت AMD نفسها عن مساعيها في HBM بعد تغيير في التسلسل الهرمي للشركة وتم إعفاء العديد من الأعضاء رفيعي المستوى من واجباتهم. ابتعد AMD Radeon الجديد بسرعة عن هوس الذاكرة HBM واتجه نحو خيارات ذاكرة أكثر واقعية مثل ذاكرة GDDR6 الموجودة في RX 5000 و سلسلة RX 6000 من وحدات معالجة الرسومات . المشكلة الرئيسية في HBM2 هي تصنيعه. هذه العملية مملة للغاية ومكلفة حيث يجب تجميع HBM2 KGSDs (قوالب مكدسة معروفة جيدًا) في فاب من أشباه الموصلات ثم وضعها على وحدة تداخل بجوار وحدة معالجة الرسومات في غرفة نظيفة في فاب آخر. هذا يجعل الإنتاج أكثر تكلفة وشاقة بكثير من GDDR6 أو حتى GDDR6X لأن GDDR6X لا تتطلب تكديسًا ، ويتم شحنها كرقائق منفصلة يمكن لحامها في المصنع.
يوفر GDDR6X مستويات عرض نطاق رائدة في الصناعة - الصورة: تقنية Micron
هناك تحذير واحد يجب ملاحظته هنا. تحتاج رقائق GDDR6X إلى إشارة نظيفة ومستقرة للغاية ، وهذا هو السبب في أن وحدة التحكم في الذاكرة Nvidia على وحدة معالجة الرسومات GA102 التي تشغل رقائق الذاكرة موجودة الآن على سكة طاقة منفصلة. يضمن ذلك حصول الرقائق على الطاقة النظيفة والمستقرة المطلوبة التي تحتاجها لتعمل بشكل صحيح.
PAM4 للمستقبل
تعد إشارات PAM4 عملية جديدة مثيرة للاهتمام ومثيرة حقًا يمكنها العثور على تطبيقاتها في العديد من مجالات أجهزة الكمبيوتر. بينما في الوقت الحالي يقتصر الأمر على تطبيق GDDR6X في بطاقات الرسومات ، يمكن أن يكون لتقنية الإشارة العديد من الاستخدامات في عمليات أخرى في المستقبل. يعتقد ميكرون أن مستقبل الذاكرة هو تقنية PAM 4.
قال مدير ذاكرة الجرافيكس في Micron: 'لذا ، GDDR6X هو المكان الذي قدمنا فيه PAM4 ، ويمكننا بالتأكيد أن نرى ذلك يمضي قدمًا'. 'من المحتمل ، يمكن استخدام PAM4 في معايير الذاكرة الأخرى. من المحتمل أو المحتمل أن يتم استخدام هذا النوع من التكنولوجيا من قبل الشركات التي لديها وحدات معالجة مركزية أو معالجاتنا الأخرى '.
تطبيق مستقبلي مثير للاهتمام آخر لمعيار إشارات PAM4 هو PCIe Gen 6.0 والذي من المقرر أن يتم في عام 2021. ويستخدم إشارات PAM4 لاستخراج المزيد من الكفاءة ومعدلات بيانات أعلى. نظرًا لأن PCIe لديه نطاق اعتماد واسع جدًا ، سيتعين على شركات CPU و ASIC في النهاية اعتماد PAM4 و PCIe 6.0 في وقت ما. ربما في يوم من الأيام سيتم استخدامه أيضًا في ذاكرة HBM2 لتوفير عرض نطاق ترددي وسرعة غير واقعيين ، لكن هذا مجرد تكهنات من جانبنا.
أين يتم استخدام GDDRX؟
حتى لو وضعنا المستقبل جانبًا لثانية واحدة ، فلا يزال GDDR6X مستخدمًا في العديد من التطبيقات المهمة اليوم. بعض من أهمها ما يلي:
- الألعاب: إن الاستخدام الأكبر والأكثر شيوعًا لذاكرة GDDR6X هو بالطبع في الألعاب. قدمت Micron وحدات GDDR6X إلى Nvidia من أجل دمجها في بطاقات الرسومات RTX 3080 و RTX 3090 الجديدة. ستتيح لهم هذه الذاكرة تحقيق أرقام غير مسبوقة من حيث عرض النطاق الترددي للذاكرة والسرعة. يمكن للجيل الأول من GDDR6X تحقيق معدلات نقل بيانات تصل إلى 1 تيرابايت / ثانية. يمكن أن يكون هذا مفيدًا للغاية من حيث ألعاب الجيل التالي.
- HPC: تُستخدم تقنية GDDRX في الحوسبة عالية الأداء أو HPC. يتميز بحسابات متوازية للغاية تنفذ برامج تطبيقات متقدمة بشكل موثوق وفعال وسريع قدر الإمكان. يتم استخدام حلول الحوسبة هذه من قبل العلماء والباحثين والمهندسين والمؤسسات الأكاديمية لحل المشكلات المعقدة.
- الافتراضية المهنية: تعتمد صناعات مثل الرعاية الصحية والطب ، ومعالجة الفيديو الاحترافية اللاحقة ، والمحاكاة المالية ، والتنبؤ بالطقس ، أو النفط والغاز على محطات عمل متطورة حقًا يمكنها استخدام قوة ذاكرة GDDR6X لتبسيط سير العمل وتحسينه. تعد محطات العمل عالية الأداء هذه حالة استخدام رئيسية لـ GDDR6X الجديد.
- الذكاء الاصطناعي: تُستخدم تقنيات ذاكرة GDDRX في الذكاء الاصطناعي ومشتقاته مثل التعلم العميق. أصبحت أعباء العمل هذه أكثر أهمية وكذلك منتشرة ، ويمكن لحلول الحوسبة عالية السرعة مثل GDDRX أن تساعد بالتأكيد في هذا الصدد.
سوف تجد GDDR6X تطبيقاتها في العديد من مجالات الصناعة - صورة ؛ تقنية ميكرون
الكلمات الأخيرة
GDDR6X هو نوع جديد من الذاكرة تم تطويره بواسطة Micron بالتعاون الوثيق مع Nvidia. تستخدم الذاكرة تقنية جديدة تسمى إشارات PAM4 وهي عملية معمارية مبتكرة للغاية يتم فيها مضاعفة معدل نقل البيانات الفعال. تقلل تقنية الإشارات أيضًا من استخدام الطاقة وبالتالي تجعل الذاكرة أكثر كفاءة.
طبقت Nvidia الذاكرة في بطاقات RTX 3080 و RTX 3090 الجديدة ، وهذه مجرد بداية لإطلاق ذاكرة GDDR6X في نهاية المطاف في سوق الألعاب. تعد الذاكرة أسهل وأرخص في التصنيع من HBM2 وتعطي نتائج واعدة للغاية ، لذلك يبدو أن الصناعة بأكملها ستتبنى هذا المعيار عاجلاً أم آجلاً. في الوقت الحالي ، توجد تقنيات GDDRX في العديد من القطاعات بما في ذلك الألعاب و HPC والمحاكاة الافتراضية الاحترافية والذكاء الاصطناعي.
