GPU Ampere mají nové paměti GDDR6X na bázi PAM4, máme detaily

Utajený trumf grafik Ampere: Nová technologie pamětí GDDR6X

Nová generace grafik Nvidia GeForce je už skoro tady. Odhalení bude 1. 9., ale o víkendu jsme se o nich dozvěděli docela zásadní nové informace. Máme část parametrů pro modely RTX 3080 a RTX 3090, zejména se ale ukazuje, že GPU Ampere dostanou úplně nové paměti. Micron potvrdil, že pro Nvidii vyvinul speciální čipy GDDR6X, které zvednou frekvence a propustnost o 50 % proti GDDR6. Jak to s těmito pamětmi u Ampere bude?

Použití pamětí GDDR6X už před časem mluvily úniky. Tehdy vypadaly jako neuvěřitelné spekulace, protože na novou technologii je brzo, GDDR6 je teprve z roku 2017/2018. A o novém standardu doteď nebylo slyšet. Minulý ten ale Micron promluvil a potvrdil, že GDDR6X existuje. Není to ovšem nový standard, ale speciální (proprietární) technologie, kterou vyvinula tato firma jako sólo projekt v úzké spolupráci s Nvidií.

Něco podobného byla také GDDR5X u grafik Pascal, ale tentokrát zůstaly přípravy utajené mnohem déle. Nvidia možná chtěla toto tajemství prolomit až při odhalení Ampere, ale Micron asi nedopatřením zveřejnil dokument, který GDDR6X prozrazuje a dokonce i ukazuje, s jakými parametry bude použitá na kartě GeForce RTX 3090. Na tento dokument, který už by zase z webu smazán, upozornil web VideoCardz.

GDDR6X: 19,0–21,0 GHz

Paměti GDDR6X vycházejí stále z koncepce pamětí GDDR, nejde tedy o nic jako HBM, ale stále o jednotlivé čipy s pouzdrem BGA, osazované klasicky na PCB grafiky okolo GPU. Je zachována i 32bitová šířka kanálu. Jak jsme nadhodili, propustnost ale bude zvýšená až o 50 %. Paměti GDDR6 dnes typicky běží na frekvenci 14,0 GHz efektivně – čipy počítají s 16,0 GHz, ale to se zatím u žádného GPU nepovedlo. GDDR6X ale podle Micronu bude nabízet efektivní takty 19,0 až 21,0 GHz efektivně – proti 14 GHz tedy nárůst až o 50 % a o tolik má stoupnout i propustnost.

Pokud tedy například GPU má 384bitovou sběrnici, pak s 16,0GHz GDDR6 by mělo propustnost 768 GB/s. Ovšem s dnes reálnou 14,0GHz GDDR6 je to jen 672 GB/s. Na 384bitové sběrnici bude 19,0GHz GDDR6X ale už poskytovat 912 GB/s a při efektivním taktu 21,0 GHz už jsme na 1008 GB/s.

Micron má v dokumentu tabulku s příklady různých GPU, podle které právě takovéto konfigurace asi bude mít čip GA102 v grafické kartě Nvidia GeForce RTX 3090, nejvýkonnějším Ampere. Ten údajně ponese 12 čipů GDDR6X se 384bitovou sběrnicí a taktem 19 až 21 GHz a o celkové kapacitě 12 GB (kapacita ale možná není konečná, o tom na další straně).

Tabulka Micronu ukazuje parametry GeForce RTX 3090 s 12 GB GDDR6X (Zdroj: Micron)

Klíč je v kódování signálu

Jak se Micronu podařilo takto výrazně zvýšit efektivní frekvence? Firma využila technologie, která již je používána v komunikačních technologiích (například u 200/400/800Gb/s Ethernetu) a která bude aplikována také v PCI Expressu 6.0. Jde o technologii kódování signálu s tzv. pulzně amplitudovou modulací. Přesněji půjde o metodu PAM4.

Dosud všechny technologie pamětí používaly pro své přenosové rozhraní klasického kódování NRZ (non-return to zero). U kódování NRZ se rozhraní přepíná mezi dvěma úrovněmi signálu, které znamenají nulu nebo jedničku, takže se za jednotku času přenese jeden bit.

Pulzně amplitudová modulace generuje pomocí amplitudy signálu několik možných odstupňovaných hodnot – u PAM4 jsou čtyři. Pro ilustraci s představte například napětí 1,25, 2,50, 3,75 a 5,0 V. Řadič tyto úrovně umí rozlišit a protože čtyři různé hodnoty se dají zakódovat dvěma bity, přenese PAM4 za jednotku času právě dva bity: tedy dvojnásobek dat. Můžete to názorně vidět na následujícím grafu porovnávajícím kódování PAM4 a NRZ.

Kódování NRZ a PAM4, které má dvojnásobnou datovou hustotu při stejné reálné frekvenci (Zdroj: Intel)

Je to vlastně velmi podobné MLC záznamu v paměti NAND Flash (kdy buňka rozlišuje čtyři úrovně napětí a tím ukládá dva bity) v porovnání se záznamem SLC (dvě úrovně = 1 bit).

Paměti GDDR6X díky PAM4 budou při schodné reálné frekvenci přenášet dvojnásobek dat proti GDDR6, efektivní frekvence je tedy proti GDDR6 dvojnásobná. Tím pádem může v praxi být jejich reálná frekvence nižší. Pokud například pro efektivně 16,0GHz paměti GDDR6 ve skutečnosti potřebujete takt 2000 MHz, GDDR6X by na to stačil takt 1000 MHz. Efektivně 19,0GHz paměti by měly mít reálný takt 1187,5 MHz, 21,0GHz jen 1312,5 MHz. Toto znamená, že spotřeba potřebná na určitou propustnost bude s GDDR6X o něco lepší, než s GDDR6, i když rozdíl nebude zas tak velký a v reálu asi spotřeba pamětí stoupne, protože nárůst propustnosti bude větší než nárůst efektivity.

GDDR6X má při stejné propustnosti jako GDDR6 o něco lepší energetickou efektivitu (Zdroj: Micron)

Použití PAM4 asi technologii dost komplikuje a PHY nebudou jednoduchá, ale snížení reálných taktů asi zase práci mohlo usnadnit. Do budoucna by proto měl být možný další růst. Micron uvádí, že příští rok by už mohl mít pamětí GDDR6X rovnou na taktu 24,0 GHz efektivně. To by pak s 384bitovou sběrnicí už dávalo 1152 GB/s. Příští rok se také mají začít vyrábět čipy GDDR6X s kapacitou 2 GB/kus; letos budou ještě k dispozici jen 1GB čipy.

Exkluzivně pro grafiky Nvidia?

GDDR6X je sólo projekt Micronu, takže paměti budou dostupné jen od něj a nikoliv od Hynixu a Samsungu. Protože vývoj probíhal s Nvidií, je také možné, že GDDR6X bude jenom v jejích grafikách a Radeony tyto paměti nebudou moci využívat – ať už proto, že si Nvidia zajistila smluvně exkluzivitu, nebo protože AMD o těchto pamětech včas nevědělo.

V následujících letech by asi podobná technologie s kódováním PAM4 ale mohla být standardizována jako GDDR7. Nicméně o vývoji této paměti zatím nikde nebylo slyšet a protože standardizace chvíli trvá, asi je ještě její příchod pár let vzdálen.


  •  
  •  
  •  
  •  
Flattr this!

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *