DDR4、GDDR5、GDDR6内存的区别

计算机内存主要有两种类型：主内存（RAM）和图形内存（VRAM），前者利用 DDR4（很快还会有 DDR5），而后者利用 GDDR5（和 GDDR6）标准。但这两者有什么区别，在这篇文章中，我们将DDR4 与 GDDR5 和 GDDR6内存进行比较，并检查它们之间的异同。

DDR4 与 GDDR5 内存

DDR4 的运行电压低于 GDDR5，准确地说是 1.2 V，GDDR5 高达 1.5v，这是因为后者基于 DDR3 内存标准，该标准也具有 1.5v 电压。
DDR4 和 DDR3 每个通道都使用 64 位内存控制器，双通道使用 128 位总线，4通道使用 256 位总线。GDDR5 内存每个通道一个微不足道的 32 位控制器。
虽然 CPU 内存配置更宽但通道更少（DDR3/DDR4 的每个 DIMM 一个），但GPU 可以支持任意数量的 32 位内存通道，这就是许多高端 GPU（如 GeForce RTX 2080 Ti 和 RTX 2080）分别具有 384 位和 256 位总线宽度的原因。

这两款 RTX 20 系列卡都通过 8 个（对于 2080）和 12 个（对于 Ti）32 位内存控制器或通道连接到 1GB 内存芯片。GDDR5 和 GDDR6 也可以在所谓的翻盖模式下运行，其中每个通道而不是连接到一个内存芯片被分成两个。这也使制造商能够将内存容量增加一倍，并使具有 192 位总线宽度的 GTX 660 等混合内存配置成为可能。

GTX 660 Ti 有六个内存堆栈，在翻盖模式下位于顶部（每个堆栈包含两个芯片）。这将总线宽度减少到 192 位而不是 256 位

GTX 660 PCB

翻盖模式

DDR4 和 GDDR5 内存之间的另一个核心区别涉及 I/O 周期，就像SATA，DDR4 在一个周期内只能进行一次操作（读或写）。GDDR5 可以在同一周期内处理输入（读取）和输出（写入），实质上是将总线宽度加倍。
还有突发长度（每次传输传输的数据）和预取的问题，DDR4 和 GDDR5 的 BL 均为 8，预取为 8n，（每个周期 32 个字节）。

所有这些可能会使 DDR4 内存处于不利地位，但这种配置实际上适合这两种设置，CPU 基本上是顺序的，而 GPU 运行数千个并行内核。前者受益于低延迟和更纤薄的通道，而 GPU 需要更高的带宽和宽松的时序。

GDDR5 对比 GDDR5X 对比 GDDR6

GDDR6 之前是 GDDR5X，它更像是一种半代升级。GDDR5X 的每个引脚的传输速率高达 14GBit/s，是 GDDR5 的两倍，同时还将电压从 1.5v 降低到 1.35v。
这是通过使用更高的预取来实现的。与 GDDR5 不同，GDDR5X 具有 16n 预取架构（而 G5 上为 8n）。这允许它每个周期（每个通道）获取 64 字节（512 位）的数据，而 GDDR5 被限制为 32 字节（256 位）。
GDDR5X还具有16 BL，其允许存储器传送64B高速缓存行。GDDR5 和 DDR4 的突发长度限制为 8（或每周期 32B x 2）和 8n 预取。

类似于从 GDDR5 到 GDDR6 的过渡如何将突发长度和预取（8 到 16）加倍，DDR5 也有一些附

加功能：

与 GDDR5 类似，DDR5 利用每个 DIMM 两个独立的 32 位内存控制器/通道。因此，每个 DDR5 DIMM 都是双通道的，而一对则是四通道配置。
除此之外，每个 DDR5 通道的突发长度 (BL) 和预取为 16，允许 DIMM 上的每个通道传输与两个 DDR4 DIMM 相同数量的数据。还支持 32 长度模式，只需一次传输即可获取多达 64 字节的缓存行。
DDR5 的 JEDEC 速度最高可达 8,400 Mbps，而 DDR4 的速度限制为 3200 Mbps。请注意，如今的供应商拥有 4000MHz (MT/s) 套件，但这些套件实际上已超频。

DDR5 有 32-bank 结构，有 8 个 bank 组（每个 BG 四个），是 DDR4 的两倍。这有效地使内存访问可用性加倍。作为补充，DDR5还采用了Same Bank Refresh功能，与 DDR4 不同，当内存条正在运行或刷新，允许访问其他内存bank。
相比之下，GDDR5X 和 GDDR6 具有类似于 DDR4的 16 Bank结构，而 GDDR5 仅限于 8 Bank。
与 DDR4 一样，I/O 总线将通过 MUX 同时与两个 BG（每个通道）交互，从而实现更高的有效预取和传输速率。

DDR5 还将内存密度从 16Gb 一路（向上）增加到 64Gb，并且 VDD 和 VPP 电压都从 1.2v 下降到 1.1v，以减少功耗。

要了解突发长度的含义，需要知道内存是如何访问的。当 CPU 或缓存请求新数据时，地址被发送到内存模块和对应行，然后定位对应列（如果不存在，则加载新行）。然后整个列通过内存总线以突发方式发送，对于 DDR4 和 GDDR5，每个突发为 8（或 16B）。DDR5（和 GDDR5X/6），已增加到多达 32 个（最高 64B）。每个时钟有两个突发，它们以有效数据速率传输。

GDDR6 与 GDDR5X 一样，具有 16n (BL16) 预取，但分为两个通道。因此，GDDR6 每个通道提取 32 个字节，总共 64 个字节，就像 GDDR5X 一样，是 GDDR5 的两倍。虽然这不会提高 GDDR5X 的内存传输速度，但它提供了更多功能。突发长度也和 GDDR5X 16（64B）一样。

与 DDR4 一样，GDDR5 和 GDDR6 均具有 16 Bank 配置

GDDR6 可以获取与 GDDR5X 相同数量的数据，但可以跨越两个独立的通道，使其能够像两个较小的芯片一样工作，而不是像一个更宽的单个芯片。除此之外，GDDR6 还将密度增加到 16Gb（与 GDDR5X 相比为 2 倍，JEDEC 最大值为 32Gb）并通过将基本时钟从 12Gbps 增加到 14Gbps（最大值为 16Gbps）来显着提高带宽。

DDR4/DDR5/GDDR5=DDR；GDDR5X/GDDR6= QDR

DDR3、DDR4、GDDR5 和较新的 DDR5 标准使用双倍数据速率或 DDR 数据传输方案。这意味着位（等于 BL）在时钟 (WCK) 的上升沿和下降沿传输，使用 GDDR5X，显存四倍频模式

因此，数据位每个周期切换四次（比 DDR 快两倍）或比字时钟 (WCK) 快四倍。GDDR5X 和 GDDR6 都可以在 DDR 或 QDR 模式下运行。但是，在DDR中运行前者时，有效速度下降了一半。借助 GDDR6，可以以高达 14 Gbps 的全速使用 DDR 和 QDR 模式。例如，以 14Gbps 运行的 GDDR6 模块，对于 DDR 设备，WCK 以 7GHz 运行，对于 QDR 设备以 3.5 运行。在这两种情况下，命令和地址时钟 CK 将以 1.75GHz 运行，命令和地址线本身以 1.75Gbps 运行。

GDDR6 与 GDDR6X

NVIDIA 是第一家在其 RTX 30 系列 GPU 中选择 GDDR6X 内存的供应商，至少是高端 GPU。它将每引脚带宽从 14Gbps 增加到 21Gbps，将总带宽增加到 1008GB/s，甚至超过 3072 位宽的 HBM2 堆栈。

	GDDR6X	GDDR6	GDDR5X	HBM2
B/W Per Pin	21 Gbps	14 Gbps	11.4 Gbps	1.7 Gbps
芯片容量	1 GB (8 Gb)	1 GB (8 Gb)	1 GB (8 Gb)	4 GB (32 Gb)
No. Chips/KGSDs	12	12	12	3
B/W Per Chip/Stack	84 GB/秒	56 GB/秒	45.6 GB/秒	217.6 GB/秒
总线宽度	384 位	384 位	352 位	3072 位
Total B/W	1008 GB/秒	672 GB/秒	548 GB/秒	652.8 GB/秒
DRAM电压	1.35 伏	1.35 伏	1.35 伏	1.2V
数据速率	QDR	QDR	DDR	DDR
Signaling	PAM4	二进制	二进制	二进制

GDDR6X 内存背后的秘密武器是 PAM4 编码。简而言之，与使用 NRZ 或二进制编码的 GDDR6 相比，它使每个时钟的数据传输增加了一倍。

使用 NRZ，只有两个状态，0 和 1。PAM4 将其翻倍为四个，00、01、10 和 11。使用这四个状态，可以在每个周期发送四位数据（每个边缘两个）。PAM4 的缺点是价格高，尤其是在 GDD6X 的较高频率下。这就是之前没有人尝试在消费者内存中实现它的原因。

这是一个缺点。虽然 GDDR6 的突发长度为 16 字节 (BL16)，但 GDDR6X 仅限于 BL8 或 8 字节，但由于 PAM4 信号，它的每个 16 位通道也将在每次操作中传送 32 字节。因此，带宽的大部分改进来自 GDDR6X 上更高的工作频率。GDDR6X 不是 JEDEC 标准，而是美光的专有解决方案。

高带宽内存 (HBM)

首先由AMD的斐济显卡普及，高带宽内存或HBM是一种具有宽总线的低功耗内存标准。与 GDDR5 相比，HBM 实现了更高的带宽，同时以小尺寸消耗更少的功率。

HBM 采用低至 500 MHz 的时钟以符合低 TDP 目标，并通过大量总线（通常为 4096 位）来弥补带宽损失。AMD 的 Radeon RX Vega 卡是消费硬件中 HBM2 实现的最佳示例。HBM2 解决了 HBM1 的 4GB 限制，但有限的产量加上内存短缺使 AMD 无法利用消费级 GPU。