Как выглядит память на видеокарте

Тип памяти видеокарты: GDDR3, GDDR5, GDDR6, HBM2, HBM3

В старых видеокартах использовался тип памяти SDR, который имел одинарную скоростью передачи данных. В современных видеокартах используются память типа DDR или GDDR данные передаются в 2 или в 4 раза больше объемов данных при той же частоте, поэтому рабочую частоту умножают на 2 или на 4.

В продаже можно встретить видеокарты с различными типами видеопамяти. Для дешевых видеокарт, класса low-end, используется тип GDDR2 и GDDR3. Такие видеокарты маломощные и для современных игр подходят с трудом.

Какая разница между GDDR5, GDDR5X и GDDR6

Графическая память — важная характеристика видеокарты, оказывает непосредственное влияние на производительность в играх.

Одной из наиболее широко используемых типов памяти по-прежнему остается GDDR5, но она постепенно заменяется более продвинутой GDDR6.

GDDR5

GDDR5 была самой быстрой памятью для видеокарт. AMD GTX 1060, GTX 1070 и RX 580 — хорошие примеры видеокарт с модулем памяти GDDR5 на борту. Память GDDR5 может обеспечивать скорость до 9 Гбит/с, а графические карты поставлялись с объемами: 512 МБ, 1 ГБ, 2 ГБ, 4 ГБ и 8 ГБ. Чипы GDDR5 производятся разными производителями, такими как Samsung, Hynix, ELPIDA или Micron.

GDDR5X

GDDR5 имеет новую расширенную версию, GDDR5X. Эта память является новым эволюционным шагом, обеспечивающим скорость до 14 Гбит/с и высокую пропускную способность, что делает ее отличным выбором для использования в высокопроизводительных графических картах, таких как GeForce GTX 1080 Ti.

GDDR6

Память GDDR6 является самой последней в этом стандарте. Напряжение для памяти GDDR6 составляет 1,3 Вольт и может обеспечить скорость передачи до 16 Гбит/с при пропускной спосбности до 72 Гбит/с на чип. Выпускают ее все те же компании: Samsung, Micron и Hynix. Причем Samsung и Micron будет обеспечивать скорость до 16 Гбит/с. Hynix будет занята в среднем сегменте производительности, где скорость ограничена 12–14 Гбит/с.

Память GDDR6 достигает уровня производительности, аналогичного GDDR5X, но не стоит заблуждаться, это совершенно новый стандарт, его потенциал еще не раскрыт и мы увидим гораздо более мощные чипы в будущем. Вполне возможно мы достигнем 20 Гбит/с.

Сравнение производительности и потребления у GDDR6 и GDDR5

В следующей таблице приведены наиболее важные характеристики памяти GDDR5 и GDDR6:

Популярные видеокарты

Память HBM2

HBM 2 — это HBM-память второго поколения, имеющая все характеристики HBM, но с более высокой скоростью и пропускной способностью памяти. Она может иметь до 8 DRAM на стек, со скоростью передачи до 2 Гбит/с. С интерфейсом памяти шириной 1024 бит, пропускную способность памяти 256 ГБ / с на стек, что вдвое больше, чем у памяти HBM. Общая емкость HBM2 также больше, и она может иметь до 8 ГБ на стек. Первым чипом GPU, использующим память HBM2, является Nvidia Tesla P100. Новейшая видеокарта Nvidia серии Pascal для рабочих станций Nvidia Quadro GP100 также оснащена памятью HBM2. Память HBM2 будет использоваться в основном для VR-игр, AR-игр и других приложений где нужно быстрая работа с видеопамятью.

Архитектуры GPU, поддерживаемые HBM2, включают Vega, Pascal и новейшую архитектуру Volta GPU от Nvidia. Преемником HBM2 является HBM3, который будет выпущен в 2020 году. Топовые графические карты, использующие память HBM2: Nvidia Titan V, Radeon Vega Frontier Edition, Radeon RX Vega 56, Radeon Vega RX 64, Nvidia Quadro GP100.

Память HBM3

HBM3 — эта память еще не поставлена на конвейер, ее выход ожидаться в 2020 году. HBM2. Память HBM3 будет работать быстрее, потреблять меньше энергии и иметь большую емкость по сравнению с памятью HBM2. HBM3 позволит использовать до 64 ГБ видеопамяти на графических картах и пропускную способность до 512 ГБ/с на стек.

История развития стандартов памяти

Впервые память DDR2 использовалась в видеокарте NVIDIA GeForce FX 5800 Ultra. Хотя память была чем-то средним между DDR и DDR2.

Память GDDR3 была разработана специально для видеокарт, она имела те же характеристики, что и DDR2, однако с уменьшенным потреблением и тепловыделением, это позволило проектировать платы, с более высокими рабочими частотами. А значит, повышалась производительность и упрощалась система охлаждения.

Впервые DDR3 была установлена на модифицированную NVIDIA GeForce FX 5700 Ultra, а после в GeForce 6800 Ultra. Хотя стандарт был разработан инженерами ATI совместно с JEDEC, впервые его использовала компания nVidia. Сама ATI начала использовать этот тип памяти в серии Radeon X800. Также GDDR3 использовался в игровых приставках PlayStation 3 и Xbox 360

GDDR4 работала почти в 2 раза быстрее, чем предыдущая GDDR3. Технически она не сильно отличалась от GDDR3. Главными особенностями стало то, что GDDR4 имела повышенные рабочие частоты и уменьшенное энергопотребление – примерно в три раза меньше, чем у GDDR3.

ATI RADEON X1950 XTX стала первой видеокартой, на которую были установлены чипы GDDR4. Память не пользовался особой популярностью, снята с производства и заменена GDDR5.

GDDR5 — самый быстрый тип видеопамяти, который применяется в видеокартах hi-end класса, работающий на учетверённой частоте до 5 ГГц (хотя теоретически до 7 ГГц). Это дало возможность повысить пропускную способность до 120 ГБ/с при использовании 256-битного интерфейса. Для примера: чтобы повысить пропускную способность у памяти типа GDDR3 или GDDR4, нужно было использовать шину шириной 512 бит. При использовании GDDR5 производительность увеличивается вдвое, при меньших размерах самого чипа и с меньшими затратами энергии.

Источник

Почему происходит отвал графического процессора и чипов памяти у видеокарты

Содержание

Содержание

Давайте разберемся, почему в последние годы видеокарты часто выходят из строя из-за отвала графического процессора или чипов памяти и как этого избежать. А также затронем важный для многих вопрос — что сильнее изнашивает видеокарту: майнинг или игры?

Наверняка вы видели в интернете фотографии цветных «артефактов» на экране монитора, они появляются, если у видеокарты произошел отвал графического процессора или чипа памяти. «Артефакты» — не единственный признак. Отвал чипов может сопровождаться черным экраном при включении ПК, невозможностью установить драйвера на видеокарту и ошибкой 43 в Windows, указывающей на системные сбои, связанные с графическим адаптером.

Особенно часто проблемы появляются у видеокарт, выпущенных в конце 2000-х годов и позже, а наиболее сильно от отвалов пострадали видеокарты серий Nvidia GeForce семейств 8X00, 2XX, 4XX и 5XX. Многие из этих моделей не дожили до наших времен в рабочем состоянии, часто они продаются на вторичном рынке после кустарного ремонта методом прогрева, но он помогает ненадолго.

GeForce 8800 GTX были рекордсменами по отвалам чипов

Что такое BGA и почему происходит отвал чипов?

Чтобы понять, что такое отвал чипов и по каким причинам он происходит, сначала надо разобраться в способах крепления микросхем к текстолиту видеокарты. В 1990-х годах видеочипы имели совсем немного выводов, для них вполне хватало корпуса DIP (от англ. dual in-line package), выводы которого располагаются по краям микросхемы, или корпусов QFP (от англ. Quad Flat Package), где выводы были с четырех сторон.

Даже таким сложным видеочипам 1990-х годов, как 3dfx Voodoo II, хватало корпусов QFP

В 2000-х годах сложность графических процессоров и их энергопотребление начали быстро расти, количество выводов достигло сотен штук и более, что сделало невозможным их исполнение в корпусах QFP. Выходом стал тип корпуса микросхем BGA (от англ. Ball grid array — «массив шариков»), в котором контакт обеспечивается с помощью шариков припоя, расположенных с обратной стороны микросхемы. Росло количество выводов и у микросхем видеопамяти, которая после недолгого существования в корпусах TSOP (от англ. Thin Small-Outline Package), тоже перешла в корпуса BGA.

Видеочип GeForce 4 Ti 4200 уже использует корпус BGA, а видеопамять пока еще обходится корпусом TSOP

BGA решил проблему миниатюризации чипов с большим количеством выводов, но в отличие от корпусов DIP, QFP и TSOP, выводы чипа в виде шариков припоя не являются гибкими. При многократном сильном нагреве с последующим резким остыванием в них возникают микротрещины и окислы, постепенно приводящие к так называемому «отвалу» чипа, когда один или несколько шариков теряют контакт.

Контакт шариков может нарушиться и при физическом воздействии на текстолит или чип, например, при неаккуратной установке видеокарты в ПК. А также при демонтаже ее системы охлаждения, провисании в слоте под собственным весом или при сильной и продолжительной вибрации.

Из-за этого корпуса чипов BGA считаются ненадежными и редко применяются в тех отраслях электроники, где требуется безотказная работа, несмотря на перепады температур или вибрации, например, в военной технике или авиастроении. Ситуация с ненадежностью корпусов BGA усугубилась во второй половине 2000-х годов, когда при изготовлении бытовой электроники и видеокарт в частности, производители окончательно перешли на применение экологичных бессвинцовых припоев.

Бессвинцовые припои отличаются более высокой температурой плавления и более высокой твердостью получающихся шариков, используемых в качестве контактов чипа. Если более мягкий припой с содержанием свинца обеспечивал некоторую пластичность пайки, то с бессвинцовыми припоями контакты BGA-чипов стали еще больше подвержены как механическим, так и термическим повреждениям.

В те годы на форумах активно шли дискуссии пользователей, занимающихся ремонтом электроники. Они предполагали, что с помощью бессвинцовых припоев производители в первую очередь решили вопрос запланированного устаревания устройств. Что неудивительно, ведь после видеокарт и материнских плат 1990-х годов, работающих по 5-10 лет, пользователи начали сталкиваться с отвалами чипов уже через пару-тройку лет работы устройства.

Можно ли отремонтировать отвал чипов?

Отвалы чипов дали целое направление кустарному способу ремонта, который называли «прогрев» или «прожарка»: пользователи нагревали видеокарту разными способами — от духовки и утюга до строительного фена. Обычно такой «ремонт» помогал, но очень ненадолго. Уже через пару месяцев пользователь опять сталкивался с отвалом чипа и артефактами видеокарты.

Дело в том, что шарики припоя расположены не только под подложкой чипа, которой он крепится к текстолиту видеокарты, но и между чипом и подложкой, где их размер намного меньше. И чаще всего отвал и нарушение контактов шариков припоя происходили именно между чипом и подложкой.

Опытные мастера, занимающиеся ремонтом компьютерной техники, могут починить отвал между текстолитом видеокарты и подложкой чипа, сделав так называемый «реболл» — шарики припоя заменяют на новые с помощью специальных трафаретов и последующей пайки.

Но отвал шариков между подложкой и чипом практически неремонтопригоден. В этом случае поможет только пересадка рабочего чипа, например, с видеокарты «донора». Ремонт отвала чипа видеопамяти тоже производится с помощью «реболла» с использованием рабочего чипа.

Что вызывает отвал чипов при обычном использовании видеокарты?

Давайте представим обычный сценарий использования игровой видеокарты. При включении ПК графический процессор видеокарты разогревается с комнатных 20-25 градусов до 35-45 градусов в режиме простоя. В случае использования функции «FAN STOP», которую в наше время все чаще применяют производители, видеокарта в простое может разогреваться и до 50-60 градусов. Это зависит от качества ее системы охлаждения и эффективности вентиляции в корпусе.

«FAN STOP» не только снижает шум и износ вентиляторов, но и уменьшает количество пыли на видеокарте

При запуске игры температура видеопроцессора обычно поднимается до 65-85 градусов — опять же в зависимости от эффективности охлаждения видеокарты и корпуса ПК. Но температура постоянно скачет при снижении нагрузки на видеокарту, например, при входе в инвентарь, загрузке уровня или проигрывании кат-сцены.

То есть на шарики припоя BGA-чипа постоянно действует перепад температур, вызывающий их расширение и сжатие. А при частом свертывании игры в трей и развертывании ее обратно перепады температуры могут составить и до 40-50 градусов, что еще сильнее бьет по шарикам припоя. За несколько часов игры может быть несколько сотен подобных циклов нагрева и остывания.

Почему чипы видеопамяти уязвимы для отвала?

Указанные выше температуры нормальны для видеопроцессора, их мы обычно видим в мониторинге таких программ, как MSI Afterburner или HWiNFO. А вот температуру чипов видеопамяти зачастую не мониторят на видеокартах бюджетного и среднего сегмента, хотя их нагрев может достигать гораздо более высоких значений, чем у видеопроцессора.

Ситуацию усугубляет то, что производители часто не уделяют охлаждению видеопамяти должного внимания, сосредотачиваясь на охлаждении видеопроцессора. В результате мы получаем видеокарту с холодным видеопроцессором, нуждающимся в небольшом потоке воздуха для охлаждения, но с видеопамятью, которой этого потока для должного охлаждения не хватает.

Яркий пример таких видеокарт — ASUS GeForce GTX 1060 Strix с массивной и избыточной СО на видеочипе, и маленькой пластиной, которая должна охлаждать видеопамять, но даже не накрывает все чипы.

Тем не менее, дорогая видеокарта с массивной системой охлаждения, в которой охлаждаются и чипы памяти — еще не гарантия низких температур. Очень высокие температуры чипов видеопамяти GDDR6X были зафиксированы пользователями на видеокартах GeForce RTX 3080 и RTX 3090. Температуры доходят до 102 градусов в играх, и до 110 при майнинге Ethereum, а при превышении рабочей температуры памяти в 100 градусов уже начинается троттлинг со сбросом частот.

Почему майнинг считается более безопасным в плане отвала чипов видеокарты?

В отличие от скачущей игровой нагрузки, в майнинге видеокарты круглосуточно работают при практически одинаковых нагрузках и температурах. Это более щадящие условия для шариков припоя на чипах BGA. Температуры видеокарт в открытых фермах обычно ниже, чем в игровых ПК, а дополнительным фактором их снижения является частое использование майнерами андервольта для экономии электроэнергии.

Но не стоит думать, что после пары лет майнинга видеокарта будет как новенькая. После длительного майнинга обычным делом для видеокарт является износ вентиляторов СО, а также деградация чипов памяти за счет эффекта электромиграции.

Как продлить жизнь видеокарте и минимизировать риск отвала чипов?

Видеокарты в наше время стали настоящим сокровищем, очень важно позаботиться о комфортных условиях работы для них. Чтобы минимизировать риск отвала чипов, надо в первую очередь уменьшить перепад температур между состоянием простоя видеокарты и режимом максимальной нагрузки в играх. Добиться этого можно несколькими способами, одним из них является ручная настройка работы вентиляторов, например, через утилиту MSI Afterburner.

Но даже видеокарта с качественной системой охлаждения может перегреваться в тесном корпусе с плохой вентиляцией. Оптимальным выбором на сегодня являются корпуса с двумя-тремя вентиляторами на вдув и на выдув. Такое количество вентиляторов создаст отличную продуваемость в корпусе и сохранит комфортный уровень шума при установке малооборотистых вентиляторов.

В отличие от остальных комплектующих, цены на корпуса за последний год практически не росли: хорошую в плане вентиляции модель можно купить по цене от 3000-4000 рублей.

Очень важно регулярно чистить видеокарту от пыли, желательно использовать корпус с качественными съемными пылевыми фильтрами — тогда запыление комплектующих внутри будет минимальным. Это поможет соблюсти нормальный температурный режим.

Очень легко повредить видеокарту при установке или извлечении из ПК. Начинающим пользователям надо совершать эти манипуляции крайне осторожно и при хорошем освещении. Недопустимо применять чрезмерную силу или надавливать только на систему охлаждения — это вызовет перекос видеокарты.

Массивные и длинные видеокарты могут провисать под своим весом, что чревато изгибом текстолита и может вызвать отвал чипов. В этом случае помогут специальные подставки под видеокарту, принимающие на себя ее вес.

Выводы

Может показаться, что видеокарты очень ненадежны и отвал чипов со временем неминуем, однако на практике все не так однозначно и сильно зависит от серии видеокарт и каждого конкретного случая. Если такие серии видеокарт, как Nvidia 8X00, были рекордсменами по отвалам, то их конкуренты, довольно горячие ATI Radeon HD 48X0, оказались гораздо более надежными.

Довольно редко отвалы чипов встречаются в поколении видеокарт Nvidia Pascal, которые существуют на рынке уже пять лет и пережили майнинг-бум 2017-2018 годов. Дополнительно подстраховаться от отвала чипов можно, выбрав видеокарту с хорошей системой охлаждения и приличным сроком гарантии, а затем обеспечить ей комфортные условия работы.

Источник

Чем отличаются поколения видеопамяти

Содержание

Содержание

Память, будь то оперативная память или видеопамять, является неотъемлемой частью современного компьютера. Сегодня вкратце узнаем, как все начиналось, как работает, почему диагностические программы показывают неверные частоты, в чем измеряется производительность памяти, как рассчитывается пропускная способность памяти и почему «МГц» для памяти — некорректное выражение.

До 2000-ых годов использовалась оперативная память стандарта SDR.

Потом ей на смену пришел новый стандарт памяти — DDR, который имел удвоенную пропускную способность памяти за счет передачи данных как по восходящим, так и по нисходящим фронтам тактового сигнала. Первоначально память такого типа, как и SDR, применялась в видеоплатах, но позднее появилась поддержка со стороны чипсетов.

DDR (Double Data Rate) расшифровывается как «удвоенная скорость передачи данных».

Таким образом, за один такт передается вдвое больше информации. Увеличилось количество передаваемой информации, реальная частота памяти осталась неизменной. Вместе с этим появилось такие понятия как эффективная частота, которая стала в два раза больше реальной.

Именно с приходом стандарта DDR появилась путаница с реальной и эффективной частотой работы памяти.

Реальная частота — частота шины модуля памяти. Эффективная частота — удвоенная частота шины модуля.

Как можно видеть, реальная частота памяти составляет 1900 МГц, в то время как эффективная в 2 раза больше — 3800 МГц, потому что за один такт теперь поступает вдвое больше данных.

Для того чтобы информация передавалась с удвоенной скоростью, она должна поступать из массива памяти вдвое быстрее. Реализовали это с помощью удвоения внутренней ширины модуля памяти. Благодаря чему за одну команду чтения мы стали получать сразу 2n единицы данных. Для стандарта DDR n = 1. Такая архитектура была названа n-prefetch (предвыборка). У памяти стандарта DDR, одной командой, при чтении, передается от ядра к буферу ввода-вывода две единицы данных.

Вместе с ростом производительности уменьшилось рабочее напряжение с 3.3V у SDR до 2.5V у DDR. Это позволило снизить энергопотребление и температуру, что дало возможность повысить рабочие частоты. На самом деле, потребление и, как следствие, нагрев, — это одна из самых больших проблем оперативной памяти того времени. При полном чтении всего модуля объемом 2 Гбайта память потребляет до 25 Ватт.

Оперативная память стандарта DDR2 пришла на смену стандарту DDR в 2003 году, правда, поддерживающие ее чипсеты появились годом позже. Основное отличие DDR2 от DDR заключается в увеличенной вдвое частоте работы внутренней шины, по которой данные поступают в буфер «ввод-вывод». Передача на внутреннюю шину теперь осуществляется по технологии (4n-Prefetch), одной командой из массива памяти к буферу поступает 4 единицы данных.

Таким способом удалось поднять пропускную способность в два раза, не увеличивая частоту работы чипов памяти. Это выгодно с точки зрения энергоэффективности, да и количество годных чипов, способных работать на меньшей частоте, всегда больше. Однако у данного способа увеличения производительности есть и минусы: при одинаковой частоте работы DDR2 и DDR временные задержки у DDR2 будут значительно выше, компенсировать которые можно только на более высоких частотах работы.

Рабочее напряжение понизилось почти на 30% до 1.8V.

На основе стандарта DDR для видеокарт в 2000 году был разработан новый стандарт памяти GDDR.

Технически GDDR и DDR похожи, только GDDR разработан для видеокарт и предназначен для передачи очень больших объемов данных.

GDDR (Graphics Double Data Rate) расшифровывается как двойная скорость передачи графических данных.

Несмотря на то, что они используются в разных устройствах, принципы работы и технологии для них очень похожи.

Главным отличием GDDR от DDR является более высокая пропускная способность, а также другие требования к рабочему напряжению.

Разработкой стандарта видеопамяти GDDR2 занималась компания NVIDIA. Впервые она была опробована на видеокарте GeForce FX 5800 Ultra.

GDDR2 это что-то среднее между DDR и DDR2. Память GDDR2 работает при напряжении 2.5V, как и DDR, однако обладает более высокими частотами, что вызывает достаточно сильный нагрев. Это и стало настоящей проблемой GDDR2. Долго данный стандарт на рынке не задержался.

Буквально чуть позже компания ATI представила GDDR3, в которой использовались все наработки DDR2. В GDDR3, как и DDR2, реализована технология 4n-Prefetch при операции записи данных. Память работала при напряжении 2V, что позволило решить проблему перегрева, и обладала примерно на 50% большей пропускной способностью, чем GDDR2. Несмотря на то, что разработкой стандарта занималась ATI, впервые его применила NVIDIA на обновленной видеокарте GeForce FX 5700 Ultra. Это дало возможность уменьшить общее энергопотребление видеокарты примерно на 15% по сравнению с GeForce FX 5700 Ultra с использованием памяти GDDR2.

Современные типы видеопамяти

На сегодняшний день наиболее распространенными типами видеопамяти являются GDDR5 и GDDR6, однако до сих пор в бюджетных решениях можно встретить память типа GDDR3-GDDR4 и даже DDR3.

GDDR3

GDDR4

Стандарт GDDR5 появился в 2008 году и пришел на смену стандарту GDDR4, который просуществовал совсем недолго, так и не получив широкое распространение вследствие не лучшего соотношения цена/производительность.

GDDR5 спроектирована с использованием наработок памяти DDR3, в ней используется 8-битовый Prefetch. Учитывая архитектурные особенности (используются две тактовые частоты CK и WCK), эффективная частота теперь в четыре раза выше реальной, а не в два, как было раньше. Таким способом удалось повысить эффективную частоту до 8 ГГц, а вместе с ней и пропускную способность в два раза. Рабочее напряжение составило 1.5V.

GDDR5X — улучшенная версия GDDR5, которая обеспечивает на 50% большую скорость передачи данных. Это было достигнуто за счет использования более высокой предварительной выборки. В отличие от GDDR5, GDDR5X использует архитектуру 16n Prefetch.

GDDR5X способна функционировать на эффективной частоте до 11 ГГц. Данная память использовалась только для топовых решений NVIDIA 10 серии GTX1080 и GTX1080Ti.

Память стандарт GDDR6 появился в 2018 году. GDDR6, как и GDDR5X, имеет архитектуру 16n Prefetch, но она разделена на два канала. Хотя это не улучшает скорость передачи данных по сравнению GDDR5X, оно позволяет обеспечить большую универсальность.

Сейчас данная память активно используется обоими производителями видеокарт в новой линейке NVIDIA серий GeForce 20 и 16 (кроме некоторых решений: GTX 1660 и GTX 1650, так как в них используется память GDDR5). При покупке нужно внимательно изучить характеристики видеокарты, потому как разница в производительности от типа памяти в данном случаи достигает от 5 до 15%. В то время как разница в цене совершенно несущественна.

GDDR5

GDDR6

Также тип памяти GDDR6 активно используется компанией AMD в видеокартах RX 5000 серии.

На начальном этапе GDDR6 способна функционировать с эффективной частотой 14 ГГц. Это позволяет удвоить пропускную способность относительно GDDR5. В дальнейшем эффективная частота будет увеличена, как это происходило с другими типами памяти.

Источник