GDDR6山雨欲來，有望將GPU性能推向一個新高峰

2007年，JEDEC就發布了GDDR5相關資料，直到10年後的2017年，JEDEC才慢吞吞地給出了GDDR6的規範。這次的好消息是，雖然JEDEC給出規範白皮書的時間比較晚，但實際上廠商早已有大量GDDR6的資料，甚至接近投產階段。包括三星、海力士、美光等廠商相繼宣布了自己的GDDR6戰略，一時間GDDR6山雨欲來，成為業內討論熱點。

如果在PC的部件中比較誰的帶寬比較高的話，除了內存外，另一個引人注目就是顯存。由於GPU對數據和帶寬的渴求幾乎無窮無盡，脫胎於DDR的GDDR在一開始就專精於超大帶寬，時下的頂級顯卡的顯存帶寬甚至達到了約500GB/s的驚人水平。從初代產品GDDR開始，經歷GDDR2、GDDR3以及不甚成功的GDDR4之後，顯存在2012年進入了GDDR5時代，迄今已有6年之久。

6年來，GDDR5顯存除了單純的頻率小幅度提升外，架構沒有實質性改進，這也導致顯存帶寬成為瓶頸，逐漸不能滿足GPU高速增長的帶寬需求。為此業內還開發出了GDDR5X甚至高成本的HBM顯存來救場。不過，該來的總是會來，隨著三星、美光等廠商開始投產GDDR6，顯卡市場又將迎來一波新品熱潮。GDDR6相比之前的GDDR5X和HBM顯存，又有哪些優勢？有哪些顯卡有望首先使用GDDR6顯存呢？

PC的隨機存儲設備主要制定單位是JEDEC，JEDEC會詳細制定某種存儲晶元的規格，包括頻率、引腳用途、電壓、容量、時序等細節參數，並製作成規範白皮書供各種相關廠商參考使用。擁有JEDEC的優勢在於，存儲晶元在業內實現了規格上的「大一統」，各個廠商根據規定辦事，很少出現兼容性問題。不過也正是由於JEDEC代表了多方利益，因此帶來了相對效率較低的決策過程，使得諸如內存、顯存等重要存儲規格發展緩慢。

溯源：顯存的預取值和等效傳輸頻率

如果長期關注本刊的讀者應該會有印象，目前在PC隨機存儲技術演進路線主要依靠的是提高預取值和提高等效傳輸頻率兩個方法。比如DDR和SDRAM，前者採用時鐘周期上下沿都傳輸數據的方式實現了數據傳輸翻倍、同時數據預取值從之前的1提高到了2——也就是說DDR在每個時鐘周期傳輸2次數據，每次傳輸2個數據。相比SDRAM，DDR的傳輸帶寬大幅度提高，例如DDR 266內存的物理頻率僅為66MHz，但傳輸能力等同於運行在266MHz下的SDRAM，雖然這個頻率SDRAM永遠都不可能達到。

DDR內存是目前所有GDDR、DDR內存發展的技術開端，圖為DDR 400 1GB內存。

在顯存方面，由於早期GDDR脫胎於DDR，和DDR的技術差距很小，比如GDDR2和DDR2、DDR和GDDR，除了部分面向圖形的特性以外（這也是GDDR的「G」，也就是Graphic圖形的由來），其它的規範基本相當，因此頻率、功耗等表現如出一轍。

在GDDR3規範制定之前，AMD和英偉達認為在JEDEC的規範下緩慢發展的GDDR並不符合GPU發展的需求，隨後就開始深入介入GDDR規範的制定，此後發布的GDDR3雖然依舊脫胎於DDR2和GDDR2，但是大幅度改善了發熱，提高了頻率，能夠帶來更高的帶寬。從GDDR3開始，DDR和GDDR分道揚鑣。

GDDR3採用的是4bit預取方案，桌面的DDR3內存採用的則是8bit預取方案。隨後的GDDR4也採用的8bit預取方案，但是在I/O介面上存在一些設計缺陷，數據傳輸頻率無法得到有效提高，被很快棄用。GDDR5顯存在2012年終於登場，依舊是8bit預取，但是QDR雙數據匯流排和4路bank設計使得GDDR5在傳輸頻率上進一步大幅度提升，最高可達8Gbps。

目前最新的DDR4內存停留在了8bit預取，數據傳輸頻率的提升主要來自於雙bank讀寫技術，也就是說DDR4內存中的每個bank的預取都是8bit，雙路讀寫下預取值被變相提升到了16bit，這個技術可以簡單的被認為DDR4的數據存儲被分成2個區域，每個區域獨立並行讀寫，實際上可看做內存內部的「雙通道技術」。

GDDR5、DDR4都採用了8bit預取，那麼16bit預取什麼時候到來呢？沒錯，搶在GDDR6之前發布的GDDR5X採用的是16bit預取和QDR四路數據匯流排高速介面，最終速度可達10~13Gbps。作為一個典型的「半代」產品，GDDR5X主要目的還是在GDDR6沒有登場之前起到臨時救場的作用，可以預見的是在GDDR6正式登場後，GDDR5X可能會很快消失。

由於GDDR技術發展緩慢，廠商不得不推出GDDR5X來臨時救場。GDDR5X和GDDR5差別不大，可以快速切換。

GDDR6：雙通道和16bit預取

言歸正傳，說了這麼多GDDR和DDR發展的內容，GDDR6也該正式登場了。GDDR6採用了哪些技術提升數據傳輸頻率呢？

首先，GDDR6是採用了16bit預取。和GDDR5X以及之前的產品一樣，採用更大的16bit預取是提高數據傳輸頻率的最有效方法之一。不過相應的負面因素是更大的預取帶來的更高的延遲，為了掩蔽這些延遲，可能需要更高的數據傳輸頻率以及更有技巧的設計方案。

GDDR6的內部運行頻率圖，QDR技術和16bit預取是關鍵。

其次，GDDR6擁有2個讀寫通道，不過每個通道讀寫的寬度會降低。比如GDDR5和GDDR5X都只有一個通道，通道的讀寫寬度為32/16。GDDR6則增加到了2個通道，每通道的讀寫寬度降低為16/8，雖然表面上看起來GDDR6的單通道能力降低了，但是兩個通道同時讀寫則會帶來性能的顯著提升。

GDDR6晶元背後觸點的一些定義。

第三，GDDR6運行電壓降低到了1.35V，通過降低電壓，GDDR6能夠實現降低運行功耗、漏電率等，進一步降低終端產品的能耗。

GDDR6產品發展路線，可見其性能更高，功耗更低。

除了上述三點改進外，其他一些比較顯著的改進還包括支持CRC校驗，改進的封裝模式採用更少的球珠（相比GDDR5X），GDDR6的封裝採用的是180-ball BGA，GDDR5X是190-ball BGA，GDDR5則是170-ball BGA。另外，GDDR6的工作溫度被大幅度拓展至-40攝氏度至105攝氏度，這使得GDDR6能夠在更寬泛的場合使用，包括一些位於極端條件下的設備，也使得GDDR6不僅僅是顯卡或者遊戲機的專屬，還可以使用在諸如對性能有要求同時工作環境苛刻的諸如車載、野外通信、工業場景等。

從目前已有的數據來看，GDDR6顆粒早已經研發成功，關鍵性能也達到了要求。

在大量新技術的加持下，GDDR6的性能在目前看來變得極為恐怖。GDDR6的速度會從12Gbps起跳，最終可達16Gbps，達到GDDR5的兩倍。在顯存容量上，GDDR5目前是單片8Gb和16Gb，也就是單片1GB或者2GB容量，GDDR6會提升到最高32Gb，也就是單片4GB。折算到相應產品上來的話，GDDR6搭配256bit位寬的顯卡，最大帶寬可達512GB/s，採用8顆顯存顆粒的話，最大顯存容量可達32GB。對頂級顯卡而言，採用384bit的顯存位寬，顯存帶寬最高可達768GB/s，搭配12顆顯存顆粒的話最大顯存容量甚至可達到48GB，遠超目前的GDDR5規格。

三國爭霸：三星、海力士和美光的GDDR6計劃

在技術細節說完後，我們來看看相關產品方面。目前全球三大存儲晶元廠商三星、海力士和美光都推出了自己的GDDR6計劃，不過由於技術實力差異和產品研發路線不同等因素，這三家的產品還存在一定的區別。

作為存儲晶元的頭號企業，三星在GDDR6上速度不算是最快的，但是規格是最高的。三星在18年1月中旬就推出了GDDR6產品的樣品並宣布量產開始。三星的初代GDDR6工藝採用10nm級別工藝，業內估計為14nm，單顆GDDR6顆粒容量為16Gb（2GB），速度為18Gbps，甚至高於JEDEC規範中制定的GDDR6速度上限，充分展示了三星的技術實力。假設一款256bit的主流顯卡使用三星的GDDR6顯存顆粒的話，在使用8顆顯存組建16GB顯存容量的情況下，顯存數據傳輸頻率最高可達18Gb/s，摺合帶寬高達576GB/s，堪稱史無前例。

三星公布的GDDR6顆粒圖，清晰可見背後兩排180個球形觸點。

除了三星外，同為韓國的存儲晶元企業海力士也推出了自己的GDDR6顯存，工藝為21nm，後期會使用更先進的工藝，海力士的GDDR6顯存目前已經開始悄然出貨，共有四個版本，其單顆容量均為8Gb也就是1GB，只有三星的一半，速度為分別為14Gbps、12Gbps和10Gbps三種。尤其值得一提的是，海力士推出的四款產品中，除了2款常規電壓1.35V的GDDR6顆粒外，還推出了兩款低電壓版本的1.25V的GDDR6顯存，可能是用於移動設備等對功耗要求比較高的場合。

海力士展出的GDDR6顆粒，容量1GB。

在韓國企業之外，美光也宣布自己的GDDR6方案，甚至比三星和海力士早了接近一個月。美光首發了7個規格的GDDR6顆粒，容量全部都是8Gb，速度也從10Gbps到14Gbps不等，包括10Gbps、12Gbps、13Gbps和14Gbps，工藝則採用了16nm方案。和海力士一樣，除了標準電壓的產品外，美光也推出了多款1.25V低電壓的產品應對低功耗場合。

美光GDDR6產品命名規範。

美光的GDDR6產品規格已經列在了官網上，可以隨意查詢。

總的來看，三家廠商在GDDR6的發展上都非常積極，基本上在JEDEC的規範推出後不到一年時間，相應產品就已經上市。這和之前GDDR5時代規範推出後五年後才有產品上市大相徑庭，可見廠商對產品換代還是非常積極的，畢竟能夠賺取更高利潤。

在產品推出後，究竟誰會先用到GDDR6就比較值得探究了，畢竟HBM的高昂價格在主流顯卡上完全無法接受，GDDR5X也只是過渡方案。

根據現有消息，英偉達首發GDDR6顯存的顯卡幾率比較高。業內盛傳英偉達將在2018年4月的GTC大會上發布全新架構的遊戲顯卡產品，替代2016年5月發布的帕斯卡架構的相應產品，這款新品的架構代號等內容尚不清楚，但是首發GDDR6的可能性非常高。畢竟高頻率、高容量和低功耗的GDDR6顯存能為新架構顯卡帶來更強的綜合性能。

考慮三家廠商的研發速度和產品差異等，三星中選英偉達的新顯卡的可能性最高。也就是說我們有望在新的顯卡上看到三星那款史無前例的18Gbps的顆粒登場。除了英偉達外，AMD短期內沒有消息有新顯卡發布，因此極有可能暫時和GDDR6無緣。目前AMD正忙於新的CPU和APU產品，GPU方面短期內不會有旗艦級產品發布。

AMD在Fiji核心上開始使用HBM顯存，雖然帶寬表現出色，但是價格過於昂貴且產能很低，不太適合應用在主流顯卡上，後來的HBM2也是如此。

總的來看，GDDR6的發布，將是存儲和顯卡業界未來一兩年最重要的事情。隨著GDDR6技術的逐漸成熟，更高容量、更快速度顆粒的不斷發布，GDDR6將大大拓展目前顯卡帶寬逼仄的情況，將GPU性能再度推向一個新的高峰。

不僅如此，由於GDDR6強大的性能和出色的性能功耗比、低電壓設計以及寬泛的溫度應用範圍等，GDDR6還有可能大大拓展其應用範圍，在諸如移動設備、遊戲主機、特殊場合設備上，成為業內主流的通用存儲顆粒之一，到時候GDDR6的「G」就可能不再表示Graphic的意思了，它還有「General」也就是「通用」的含義在內，成為業內存儲顆粒的主流選擇。

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