อธิบายการปรับปรุงทางเทคนิค GDDR6X

เมื่อวันที่ 1 กันยายน^{เซนต์}, 2020 Nvidia ประกาศเปิดตัวกราฟิกการ์ดซีรีส์ RTX 3000 ใหม่ล่าสุด ซึ่งให้ประสิทธิภาพในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน ไม่เพียงแต่ในการเรนเดอร์แรสเตอร์แบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังรวมถึง raytracing ด้วย การ์ดซีรีส์ RTX 3000 จะกลายเป็นการ์ดที่เร็วที่สุดในตลาดที่แข่งขันกับผลิตภัณฑ์ชั้นนำของ AMD ในซีรีส์ RX 6000 GPU ที่ใช้ Ampere ซึ่งอยู่ภายในการ์ดเหล่านี้มีความรวดเร็วในตัวมันเอง แต่ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าอย่างมากมายนั้นเป็นผลมาจากการปรับปรุงอื่นเช่นกัน

ส่วนใหญ่ของประสิทธิภาพนั้นมาจากหน่วยความจำที่อยู่บนการ์ดเหล่านี้ การ์ดสองอันดับแรกของซีรีส์ RTX 3000 คือ RTX 3080 และ RTX 3090 มีหน่วยความจำประเภทใหม่ที่ไม่เคยใช้ในกราฟิกการ์ดระดับเกมมาก่อน หรือที่เรียกว่า GDDR6X หน่วยความจำชนิดใหม่นี้มีแบนด์วิดท์เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับ GDDR6 มาตรฐานที่พบใน RTX 2000 series และการ์ด AMD RX 6000 series มาดูกันว่าอะไรทำให้ GDDR6X มีความพิเศษ

VRAM ทำอะไรได้บ้าง?

“การยกของหนัก” ส่วนใหญ่ในแง่ของการประมวลผลกราฟิกนั้นทำโดยแกนหลักของกราฟิกการ์ดซึ่งเรียกว่า GPU GPU เป็นชิ้นส่วนของซิลิคอนที่ทรงพลังมาก ซึ่งได้รับการออกแบบและปรับให้เหมาะสมเพื่อประมวลผลงานกราฟิก เช่น เกม มันจัดการการประมวลผลส่วนใหญ่ที่จำเป็นในการผลักเฟรมที่จอภาพของคุณแสดง แต่เพื่อที่จะประมวลผลข้อมูลจำนวนมากและเตรียมเฟรมได้เร็วเพียงพอ GPU จำเป็นต้องมีบางอย่างเพื่อใช้งาน นี่คือจุดที่ VRAM เข้ามา

VRAM หรือ Video Memory เป็นรูปแบบหน่วยความจำความเร็วสูงที่จัดเก็บไว้ในการ์ดจอเพื่อให้ GPU เข้าถึงได้โดยตรง VRAM จะจัดเก็บทรัพย์สินและพื้นผิวที่เกมต้องการเพื่อให้ GPU สามารถทำงานได้เมื่อจำเป็นและเตรียมเฟรมที่จำเป็นต้องแสดง หาก VRAM ไม่สามารถส่งเนื้อหาเหล่านี้และข้อมูลสำคัญอื่นๆ ไปยัง GPU ได้เร็วพอ ผู้ใช้อาจประสบกับการทำงานที่ช้าลง ติดขัด หรือแม้แต่เกิดปัญหาได้ โดยทั่วไปแล้ว ความละเอียดที่สูงกว่า เช่น 1440p และ 4K ที่มีการตั้งค่ากราฟิกสูงต้องการ VRAM มากขึ้นเพื่อจัดการและจัดเก็บเนื้อหาคุณภาพสูงเหล่านั้น ซึ่งหมายความว่าคุณต้องการ VRAM ที่มีความจุสูงขึ้น หากคุณต้องการเล่นที่การตั้งค่าเหล่านี้ที่ความละเอียดเหล่านี้ คุณต้องมีหน่วยความจำความเร็วสูงขึ้นพร้อมกันเพื่อย้ายข้อมูลไปยัง GPU จาก VRAM อย่างรวดเร็วเพียงพอ นี่คือจุดที่เทคโนโลยีหน่วยความจำอย่าง GDDR6X พิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์

กลไกเบื้องหลัง GDDR6X

Micron Technology (บริษัทที่ผลิตและจัดหาหน่วยความจำ GDDR6X ให้กับ Nvidia และพันธมิตรรายอื่นๆ) ได้เปิดเผยรายละเอียดบางอย่างเกี่ยวกับกลไกเบื้องหลังหน่วยความจำ GDDR6X สิ่งนี้ทำให้เรามีความคิดที่ดีขึ้นว่าเทคโนโลยีนี้สามารถบรรลุจำนวนแบนด์วิดท์ที่สูงมากได้อย่างไร

การส่งสัญญาณ PAM4

ต่างจากเส้นทางข้อมูลทั่วไปที่เรียกว่า “บัส” ซึ่งย้ายข้อมูลครั้งละ 1 บิต GDDR6X ใช้เทคนิคที่เรียกว่า PAM4 (Four-Level Pulse Amplitude Modulation) ซึ่งเป็นวิธีการที่สามารถส่ง 1 ใน 4 ระดับพลังงานแบบไม่ต่อเนื่องกันแทน ของ 2 ซึ่งหมายความว่า GDDR6X สามารถย้ายได้ครั้งละ 2 บิต ซึ่งเพิ่มแบนด์วิดท์อย่างมาก ไมครอนมีประวัติของนวัตกรรมที่น่าสนใจเช่นนี้ เนื่องจากได้นำชิป GDDR5, GDDR5X และ GDDR6X ตัวแรกของอุตสาหกรรมมาสู่การผลิตจำนวนมาก ไมครอนเป็นเพียงผู้ผลิต GDDR5X และปัจจุบันเป็นผู้ผลิต GDDR6X แต่เพียงผู้เดียว ไมครอนกล่าวถึงการพัฒนา GDDR6X โดยใช้ PAM4 ดังต่อไปนี้:

มีข้อ จำกัด ที่มาพร้อมกับเทคโนโลยีใหม่ที่น่าตื่นเต้นนี้ GDDR6 มีความยาวต่อเนื่อง 16 ไบต์ (BL16) หมายความว่าแต่ละช่องสัญญาณ 16 บิตทั้งสองช่องสามารถส่งข้อมูลได้ 32 ไบต์ต่อการดำเนินการ GDDR6X มีความยาวต่อเนื่อง 8 ไบต์ (BL8) แต่เนื่องจากการส่งสัญญาณ PAM4 แต่ละช่องสัญญาณ 16 บิตจะส่ง 32 ไบต์ต่อการดำเนินการ ซึ่งหมายความว่า GDDR6X ไม่เร็วกว่า GDDR6 ที่ความเร็วสัญญาณนาฬิกาเท่ากัน นอกจากนี้ยังหมายความว่าเนื่องจาก GDDR6X มีสัญญาณมากเป็นสองเท่าของ GDDR6 ในแต่ละรอบ จึงมีประสิทธิภาพมากกว่ามาก GDDR6X ประหยัดพลังงานมากกว่า GDDR6 ถึง 15% (7.25 pj/bit เทียบกับ 7.5 pj/bit) ที่ระดับอุปกรณ์ตามข้อมูลของ Micron

ปิดความร่วมมือกับ Nvidia

แรงผลักดันสำคัญที่อยู่เบื้องหลังการผลักดันแบนด์วิดธ์ที่สูงขึ้นและความเร็วที่สูงขึ้นคือ Nvidia เอง ซึ่งได้ร่วมมืออย่างใกล้ชิดกับไมครอนในระหว่างขั้นตอนการพัฒนาและทดสอบของหน่วยความจำ GDDR6X Nvidia เป็นพันธมิตรเปิดตัวเพียงรายเดียวของ Micron เมื่อพูดถึงหน่วยความจำ GDDR6X ซึ่งหมายความว่าประเภทหน่วยความจำใหม่จะเป็นเอกสิทธิ์ของการ์ด Nvidia เป็นระยะเวลาหนึ่ง Nvidia ได้ติดตั้งหน่วยความจำใหม่บนการ์ดจอเกมมิ่ง GeForce แล้ว; RTX 3090 และ RTX 3080 ซึ่งได้รับมา แบนด์วิดธ์ที่ก้าวกระโดดอย่างมาก มากกว่า GDDR6 รุ่นล่าสุด

Nvidia ยังได้ออกแบบตัวควบคุมหน่วยความจำใหม่และ PHY สำหรับ GDDR6X เนื่องจากใช้การส่งสัญญาณ PAM4 และด้วยรูปลักษณ์ของมัน ทุกอย่างได้รับการออกแบบภายในโดย Nvidia เอง เทคโนโลยี GDDR6X ควรมาสู่การ์ดมากขึ้นโดย Nvidia โดยเฉพาะซีรีส์ TITAN และ Quadro ซึ่งจะได้รับประโยชน์อย่างมากจากแบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้นของ GDDR6X ควบคู่ไปกับความจุที่สูงขึ้น ไมครอนยังยืนยันด้วยว่า Nvidia ไม่ใช่หุ้นส่วนเฉพาะสำหรับ GDDR6X และบริษัทจำนวนมากขึ้นจะได้รับมาตรฐานหน่วยความจำใหม่ในภายหลัง ซึ่งหมายความว่าเราสามารถคาดหวังว่าการ์ด Radeon ของ AMD จะมีแอปพลิเคชัน GDDR6X บางประเภทเมื่อมีการเปิดตัวการ์ดเหล่านี้ในอนาคต

GDDR6X พร้อม PAM4 เทียบกับ HBM2

แม้ว่า GDDR6X ที่มีเทคโนโลยี PAM4 แบบใหม่จะมีราคาแพงกว่าการผลิตมากกว่า GDDR6 แต่ก็ไม่ได้ใกล้เคียงกับต้นทุนการผลิต HBM2 ด้วยซ้ำ HBM หรือ High Bandwidth Memory ดูเหมือนอนาคตของเทคโนโลยีหน่วยความจำกราฟิกการ์ดเมื่อสองสามรุ่นก่อน AMD พยายามอย่างหนักที่จะนำ HBM ออกสู่ตลาดกระแสหลัก และพวกเขาได้เปิดตัวชุด GPU ที่ท่วมท้นจริงๆ ด้วย HBM ออนบอร์ด การ์ดกราฟิก Fury และ Vega ใช้หน่วยความจำแบนด์วิดท์สูง แต่น่าเสียดายที่แกน GPU ของพวกเขาไม่เร็วพอที่จะทำให้พวกเขาได้เปรียบเหนือ Nvidia

หน่วยความจำ HBM2 ที่ฉูดฉาดกลับมาอีกครั้งใน Radeon VII ซึ่งเป็นการ์ดกราฟิกระดับไฮเอนด์ใหม่ของ AMD ที่ใช้สถาปัตยกรรม Vega แต่ตอนนี้สร้างขึ้นบนกระบวนการ 7nm HBM2 ภายในการ์ด Vega มีราคาแพงมากในการผลิตและมีผลตอบแทนต่ำ ส่งผลให้มีอุปทานต่ำและแม้กระทั่งความต้องการที่ลดลง Radeon VII ไม่สามารถเข้าใกล้ RTX 2080Ti ซึ่งเป็นเรือธงของ Nvidia และต้องเผชิญกับ EOL ภายในหนึ่งปีหลังจากเปิดตัว เรือธง Nvidia ที่เร็วกว่ามากใช้ GDDR6 มาตรฐาน

AMD เองย้ายออกจากความพยายาม HBM หลังจากการเปลี่ยนแปลงลำดับชั้นของบริษัทและสมาชิกระดับสูงหลายคนถูกปลดออกจากหน้าที่ AMD Radeon ใหม่เปลี่ยนจากความหลงใหลในหน่วยความจำ HBM อย่างรวดเร็ว และไปสู่ตัวเลือกหน่วยความจำที่สมจริงมากขึ้น เช่น หน่วยความจำ GDDR6 ที่พบใน RX 5000 และ GPU ซีรีส์ RX 6000. ปัญหาหลักของ HBM2 คือการผลิต กระบวนการนี้ยุ่งยากมากและมีราคาแพง เนื่องจากต้องประกอบ HBM2 KGSDs (แม่พิมพ์สแต็กแบบที่รู้จักกันดี) ที่โรงงานผลิตเซมิคอนดักเตอร์แล้ววางบนตัวกั้นข้าง GPU ในห้องสะอาดของอีกโรงงานหนึ่ง ทำให้การผลิตมีราคาแพงและลำบากกว่า GDDR6 หรือแม้แต่ GDDR6X มาก เนื่องจาก GDDR6X ไม่ต้องการการเรียงซ้อน และจัดส่งเป็นชิปแยกชิ้นที่สามารถบัดกรีที่โรงงานได้

มีข้อแม้หนึ่งที่ต้องสังเกตที่นี่แม้ว่า ชิป GDDR6X ต้องการสัญญาณที่สะอาดและเสถียรมาก ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ตัวควบคุมหน่วยความจำของ Nvidia บน GA102 GPU ที่ขับเคลื่อนชิปหน่วยความจำนั้นอยู่บนรางจ่ายไฟแยกต่างหาก สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าชิปจะได้รับพลังงานที่สะอาดและเสถียรซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานอย่างถูกต้อง

PAM4 เพื่ออนาคต

การส่งสัญญาณ PAM4 เป็นกระบวนการใหม่ที่น่าสนใจและน่าตื่นเต้นมาก ซึ่งสามารถค้นหาแอปพลิเคชันได้ในหลายพื้นที่ของฮาร์ดแวร์พีซี แม้ว่าตอนนี้จะจำกัดเฉพาะแอปพลิเคชัน GDDR6X ในการ์ดกราฟิก แต่เทคนิคการส่งสัญญาณสามารถใช้ในกระบวนการอื่นๆ ได้อีกมากมายในอนาคต ไมครอนเชื่อว่าอนาคตของหน่วยความจำคือเทคนิค PAM 4

การใช้งานมาตรฐานการส่งสัญญาณ PAM4 ในอนาคตที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งคือ PCIe Gen 6.0 ซึ่งครบกำหนดในปี 2564 โดยจะใช้การส่งสัญญาณ PAM4 เพื่อดึงประสิทธิภาพและอัตราข้อมูลที่สูงขึ้น เนื่องจาก PCIe มีช่วงการยอมรับที่กว้างมาก บริษัท CPU และ ASIC จะต้องนำ PAM4 และ PCIe 6.0 มาใช้ในที่สุด บางทีสักวันหนึ่งมันอาจจะถูกใช้ในหน่วยความจำ HBM2 เพื่อให้แบนด์วิดธ์และความเร็วที่ไม่จริง แต่นั่นเป็นเพียงการเก็งกำไรในส่วนของเรา

GDDRX ใช้ที่ไหน?

แม้ว่าเราจะละทิ้งอนาคตไปสักวินาที GDDR6X ก็ยังคงถูกใช้ในแอปพลิเคชันที่สำคัญมากมายในปัจจุบัน สิ่งสำคัญบางประการ ได้แก่ :

• การเล่นเกม: แน่นอนว่าการใช้หน่วยความจำ GDDR6X ที่ใหญ่ที่สุดและเป็นที่นิยมมากที่สุดคือการเล่นเกม ไมครอนได้มอบโมดูล GDDR6X ให้กับ Nvidia เพื่อรวมเข้ากับกราฟิกการ์ด RTX 3080 และ RTX 3090 ใหม่ล่าสุด หน่วยความจำนี้จะช่วยให้พวกเขาบรรลุตัวเลขที่ไม่เคยมีมาก่อนในแง่ของแบนด์วิดท์หน่วยความจำและความเร็ว GDDR6X รุ่นแรกสามารถบรรลุอัตราการส่งข้อมูลสูงสุด 1TB/s สิ่งนี้สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์อย่างยิ่งในแง่ของการเล่นเกมยุคใหม่
• HPC: เทคโนโลยี GDDRX ใช้ใน HPC หรือคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง มีลักษณะเฉพาะด้วยการคำนวณแบบขนานสูงที่รันโปรแกรมแอปพลิเคชันขั้นสูงได้อย่างน่าเชื่อถือ มีประสิทธิภาพ และรวดเร็วที่สุด นักวิทยาศาสตร์ นักวิจัย วิศวกร และสถาบันการศึกษาใช้โซลูชันการคำนวณเหล่านี้เพื่อแก้ปัญหาที่ซับซ้อน
• การจำลองเสมือนแบบมืออาชีพ: อุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การดูแลสุขภาพและการแพทย์ การตัดต่อวิดีโอระดับมืออาชีพ การจำลองทางการเงิน การพยากรณ์อากาศ หรือน้ำมันและก๊าซพึ่งพาเวิร์กสเตชันระดับไฮเอนด์จริงๆ ที่สามารถใช้พลังของหน่วยความจำ GDDR6X เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและเพิ่มประสิทธิภาพเวิร์กโฟลว์ของพวกเขา เวิร์กสเตชันประสิทธิภาพสูงเหล่านี้เป็นกรณีการใช้งานที่สำคัญสำหรับ GDDR6X ใหม่
• ปัญญาประดิษฐ์: เทคโนโลยีหน่วยความจำ GDDRX ใช้ในปัญญาประดิษฐ์และอนุพันธ์เช่น Deep Learning ปริมาณงานเหล่านี้มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ เช่นเดียวกับที่แพร่หลาย และโซลูชันการประมวลผลความเร็วสูงอย่าง GDDRX สามารถช่วยในเรื่องนี้ได้อย่างแน่นอน

คำพูดสุดท้าย

GDDR6X เป็นหน่วยความจำรูปแบบใหม่ที่พัฒนาโดยไมครอนโดยความร่วมมืออย่างใกล้ชิดกับ Nvidia หน่วยความจำใช้เทคโนโลยีใหม่ที่เรียกว่าการส่งสัญญาณ PAM4 ซึ่งเป็นกระบวนการทางสถาปัตยกรรมที่เป็นนวัตกรรมใหม่ซึ่งอัตราการส่งข้อมูลที่มีประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า เทคนิคการส่งสัญญาณยังช่วยลดการใช้พลังงานและทำให้หน่วยความจำมีประสิทธิภาพมากขึ้น

Nvidia ได้นำหน่วยความจำไปใช้ในการ์ด RTX 3080 และ RTX 3090 ใหม่ และนี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของการเปิดตัวหน่วยความจำ GDDR6X ในตลาดเกมในที่สุด หน่วยความจำนั้นผลิตได้ง่ายกว่าและถูกกว่า HBM2 และให้ผลลัพธ์ที่น่าพึงพอใจอย่างมาก ดังนั้น ดูเหมือนว่าอุตสาหกรรมทั้งหมดจะปรับใช้มาตรฐานนี้ไม่ช้าก็เร็ว ปัจจุบันเทคโนโลยี GDDRX มีอยู่ในหลายภาคส่วนรวมถึงการเล่นเกม HPC การจำลองเสมือนแบบมืออาชีพและ AI