GDDR5 SDRAM

Graphics Double Data Rate 5 Synchronous Dynamic Random-Access Memory ( GDDR5 SDRAM ) ist ein Typ von synchronem Grafikspeicher (SGRAM) mit einer Schnittstelle hoher Bandbreite („ Double Data Rate “), der für den Einsatz in Grafikkarten , Spielekonsolen und Hochleistungsrechnern entwickelt wurde . ^{[ 1 ]} Es handelt sich um eine Art von GDDR SDRAM (Grafik- DDR-SDRAM ).

Wie sein Vorgänger GDDR4 basiert auch GDDR5 auf DDR3-SDRAM -Speicher, der im Vergleich zu DDR2-SDRAM doppelt so viele Datenleitungen besitzt . GDDR5 verwendet außerdem 8 Bit breite Vorladepuffer, ähnlich wie GDDR4 und DDR3-SDRAM .

GDDR5 SGRAM entspricht den in der GDDR5-Spezifikation von JEDEC festgelegten Standards . SGRAM ist Single-Port-fähig. Es kann jedoch zwei Speicherseiten gleichzeitig öffnen und simuliert so die Dual-Port-Funktionalität anderer VRAM-Technologien. Es nutzt eine 8N- Prefetch -Architektur und eine DDR- Schnittstelle für hohe Leistung und kann im ×32- oder ×16-Modus (Clamshell-Modus) betrieben werden. Der Betriebsmodus wird bei der Geräteinitialisierung erkannt. Die GDDR5-Schnittstelle überträgt pro Schreibtaktzyklus (WCK) zwei 32 Bit breite Datenwörter zu/von den I/O-Pins. Entsprechend dem 8N-Prefetch besteht ein einzelner Schreib- oder Lesezugriff aus einer 256 Bit breiten Datenübertragung über zwei CK-Taktzyklen im internen Speicherkern und acht entsprechenden 32 Bit breiten Datenübertragungen über jeweils einen halben WCK-Taktzyklus an den I/O-Pins.

GDDR5 arbeitet mit zwei verschiedenen Taktarten: einem differentiellen Befehlstakt (CK) als Referenz für Adress- und Befehlseingaben und einem weitergeleiteten differentiellen Schreibtakt (WCK) als Referenz für Lese- und Schreibvorgänge, der mit der doppelten Frequenz des CK läuft. Genauer gesagt verwendet GDDR5 SGRAM insgesamt drei Takte: zwei Schreibtakte, die jeweils zwei Bytes zugeordnet sind (WCK01 und WCK23), und einen einzelnen Befehlstakt (CK). Bei einem GDDR5 mit einer Datenrate von 5  Gbit /s pro Pin läuft der CK beispielsweise mit 1,25 GHz und die beiden WCK-Takte mit 2,5 GHz. CK und WCK werden während der Initialisierungs- und Trainingssequenz phasengleich ausgerichtet. Diese Ausrichtung ermöglicht Lese- und Schreibzugriffe mit minimaler Latenz.

Ein einzelner 32-Bit-GDDR5-Chip verfügt über etwa 67 Signalpins, der Rest sind Stromversorgungs- und Masseanschlüsse im 170- BGA- Gehäuse.

GDDR5 wurde im Juli 2007 von Samsung Electronics vorgestellt . Das Unternehmen kündigte an, die Massenproduktion von GDDR5 im Januar 2008 aufzunehmen. ^{[ 2 ]}

Hynix Semiconductor stellte 2007 den branchenweit ersten 60-nm-GDDR5-Speicher der „1-Gb“-Klasse (1024 ^{3- Bit-Chips) vor. [ 3 ]} Er unterstützte eine Bandbreite von 20 GB/s auf einem 32-Bit-Bus, wodurch Speicherkonfigurationen von 1 GB mit 160 GB/s mit nur 8 Schaltkreisen auf einem 256-Bit-Bus möglich waren. Im darauffolgenden Jahr, 2008, übertraf Hynix diese Technologie mit seinem 50-nm-GDDR5-Speicher der „1-Gb“-Klasse.

Im November 2007 demonstrierte Qimonda , ein Spin-off von Infineon , GDDR5 und stellte Muster davon vor ^{[ 4 ]} und veröffentlichte eine Abhandlung über die zugrundeliegenden Technologien ^{[ 5 ]} . Am 10. Mai 2008 kündigte Qimonda die Serienproduktion von 512  -Mb -GDDR5-Komponenten mit Übertragungsraten von 3,6  Gbit/s (900  MHz ), 4,0 Gbit/s (1 GHz) und 4,5 Gbit/s (1,125 GHz) an ^{[ 6 ] .}

Am 20. November 2009 gab Elpida Memory die Eröffnung ihres Münchner Designzentrums bekannt, das für die Entwicklung und Konstruktion von Grafikspeicher ( GDDR ) zuständig ist. Elpida hatte die GDDR -Designrechte im August 2009 nach der Insolvenz der Qimonda AG übernommen . Das Designzentrum beschäftigt rund 50 Mitarbeiter und ist mit Hochgeschwindigkeits-Speichertestgeräten für die Entwicklung und Evaluierung von Grafikspeicher ausgestattet. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Am 31. Juli 2013 wurde Elpida eine hundertprozentige Tochtergesellschaft von Micron Technology . Laut aktuellen öffentlichen LinkedIn- Profilen wird das Grafik-Designzentrum in München weiterhin von Micron betrieben. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Der 40-nm-GDDR5-Speicher der Klasse „2 Gb“ (2 × 1024 ³ Bit) von Hynix wurde 2010 veröffentlicht. Er arbeitet mit einer effektiven Taktfrequenz von 7 GHz und erreicht eine Bandbreite von bis zu 28 GB/s. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Mit den „2 Gb“-GDDR5-Speicherchips können Grafikkarten mit 2 GB oder mehr Onboard-Speicher eine maximale Bandbreite von 224 GB/s oder höher erreichen. Am 25. Juni 2008 brachte AMD als erstes Unternehmen Produkte mit GDDR5-Speicher auf den Markt: die Radeon HD 4870- Grafikkartenserie mit 512-MB-Speichermodulen von Qimonda und einer Bandbreite von 3,6 Gbit/s. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Im Juni 2010 kündigte Elpida Memory die 2-Gb-GDDR5-Speicherlösung des Unternehmens an, die im Münchner Designzentrum entwickelt wurde. Der neue Chip kann mit einer effektiven Taktfrequenz von bis zu 7 GHz betrieben werden und wird in Grafikkarten und anderen Anwendungen mit hohem Bandbreitenbedarf eingesetzt. ^{[ 15 ]}

„4-GB“-GDDR5-Komponenten (4 × 1024 ³ -Bit) waren ab dem dritten Quartal 2013 verfügbar. Hynix brachte sie zunächst auf den Markt, Micron Technology folgte 2014 mit einer eigenen Implementierung. Am 20. Februar 2013 wurde bekannt gegeben, dass die PlayStation 4 sechzehn 4- GB -GDDR5-Speicherchips mit insgesamt 8  GB GDDR5-Speicher bei 176 Gbit/s (CK 1,375 GHz und WCK 2,75 GHz) als kombinierten System- und Grafikspeicher für ihr AMD -basiertes System-on-a-Chip mit 8 Jaguar-Kernen , 1152 GCN -Shader-Prozessoren und AMD TrueAudio verwenden würde . ^{[ 16 ]} Produktanalysen bestätigten später den Einsatz von 4- GB -basiertem GDDR5-Speicher in der PlayStation 4. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

Im Februar 2014 erweiterte Micron Technology durch die Übernahme von Elpida sein Portfolio an Grafikspeicherlösungen um 2 -Gb- und 4-Gb-GDDR5-Produkte . ^{[ 19 ]}

Am 15. Januar 2015 gab Samsung in einer Pressemitteilung bekannt, dass die Massenproduktion von 8- Gb -GDDR5-Speicherchips (8 × 1024 ^{3 Bit) auf Basis eines 20-nm} -Fertigungsprozesses begonnen hat . Um der steigenden Nachfrage nach hochauflösenden Displays (wie z. B. 4K ) gerecht zu werden, sind Chips mit höherer Speicherdichte erforderlich, um größere Framebuffer für grafikintensive Berechnungen, insbesondere PC-Spiele und 3D-Rendering , zu ermöglichen . Die erhöhte Bandbreite der neuen Module mit hoher Speicherdichte beträgt 8 Gbit/s pro Pin × 170 Pins im BGA-Gehäuse × 32 Bit pro I/O-Zyklus , was einer effektiven Bandbreite von 256 Gbit/s pro Chip entspricht. ^{[ 20 ]}

Am 6. Januar 2015 gab Mark Adams, Präsident von Micron Technology, im Rahmen der Telefonkonferenz zu den Geschäftszahlen des ersten Quartals 2015 die erfolgreiche Mustererstellung von 8-Gb-GDDR5-Speicher bekannt. ^{[ 21 ] [ 22 ]} Am 25. Januar 2015 verkündete das Unternehmen den Beginn der kommerziellen Auslieferung von GDDR5-Speicher im 20-nm-Verfahren. ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} Die offizielle Ankündigung des 8-Gb-GDDR5-Speichers von Micron erfolgte am 1. September 2015 als Blogbeitrag von Kristopher Kido auf der Unternehmenswebsite ( archiviert am 7. September 2015 im Internet Archive ). ^{[ 26 ] [ 27 ]}

Im Januar 2016 standardisierte JEDEC GDDR5X SGRAM. ^{[ 28 ]} GDDR5X strebt eine Übertragungsrate von 10 bis 14 Gbit/s pro Pin an, das Doppelte von GDDR5. ^{[ 29 ]} Im Wesentlichen bietet es dem Speichercontroller die Möglichkeit, entweder einen Modus mit doppelter Datenrate und einem Prefetch von 8n oder einen Modus mit vierfacher Datenrate und einem Prefetch von 16n zu verwenden. ^{[ 30 ]} GDDR5 unterstützt nur einen Modus mit doppelter Datenrate und einem Prefetch von 8n. ^{[ 31 ]} GDDR5X verwendet außerdem 190 Pins pro Chip (190 BGA ). ^{[ 30 ]} Zum Vergleich: Standard-GDDR5 hat 170 Pins pro Chip (170 BGA ). ^{[ 31 ]} Daher ist eine modifizierte Leiterplatte erforderlich . QDR (Quad Data Rate) kann in Bezug auf den Schreibbefehlstakt (WCK) und ODR (Octal Data Rate) in Bezug auf den Befehlstakt (CK) verwendet werden. ^{[ 32 ]}

Micron Technology begann im März 2016 mit der Bemusterung von GDDR5X-Chips ^{[ 33 ]} und nahm die Massenproduktion im Mai 2016 auf. ^{[ 34 ]}

Nvidia kündigte am 6. Mai 2016 offiziell die erste Grafikkarte mit GDDR5X-Speicher an, die auf dem Pascal- Prozessor basierende GeForce GTX 1080. ^{[ 35 ]} Später folgte am 21. Juli 2016 die zweite Grafikkarte mit GDDR5X-Speicher, die Nvidia Titan X (Pascal), ^{[ 36 ]} die GeForce GTX 1080 Ti am 28. Februar 2017 ^{[ 37 ]} und am 6. April 2017 die Nvidia Titan Xp. ^{[ 38 ]}

• Liste der Schnittstellen-Bitraten

• Einführung in GDDR5 SGRAM (von ELPIDA)
• Präzise Messungen an GDDR5-Speichersystemen
• GDDR5 Pinbelegung und Beschreibung