显卡知识详解:显存类型

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  显卡知识详解:显存类型 显存是显卡上的关键核心部件之一，它的优劣和容量大小，会直接关系到显卡的最终性能表现。可以说显示芯片决定了显卡所能提供的功能和其基本性能，而显卡性能的发挥，则在很大程度上取决于显存。无论显示芯片的性能如何出众，最终其性能都要通过配套的显存来发挥。 显存，也被叫做帧缓存。它的作用，是用来存储显卡芯片处理过或者即将提取的渲染数据。如同计算机的内存一样，显存是用来存储要处理的图形信息的部件。我们在显示屏上看到的画面，是由一个个的像素点构成的，而每个像素点都以 4 至 32 甚至 64 位的数据来控制它的亮度和色彩，这些数据必须通过显存来保存，再交由显示芯片和 CPU 调配，最后把运算结果转化为图形输出到显示器上。 显卡的工作原理是：在显卡开始工作（图形渲染建模）前，通常是把所需要的材质和纹理数据传送到显存里面。开始工作时（进行建模渲染），这些数据通过 AGP 总线进行传输，显示芯片将通过 AGP 总线提取存储在显存里面的数据。除了建模渲染数据外，还有大量的顶点数据和工作指令流需要进行交换，这些数据通过 RAMDAC 转换为模拟信号，输出到显示端，最终就是我们看见的图像。 显示芯片性能的日益提高，其数据处理能力越来越强，使得显存数据传输量和传输率也要求越来越高，显卡对显存的要求也更高。对于现在的显卡来说，显存是承担大量的三维运算所需的多边形顶点数据以及作为海量三维函数的运算的主要载体，这时显存交换量的大小、速度的快慢，对于显卡核心的效能发挥，都是至关重要的。而如何有效地提高显存的效能，也就成了提高整个显示卡效能的关键。作为显示卡的重要组成部分，显存一直随着显示芯片的发展而逐步改变着。从早期的 EDORAM、MDRAM、 SDRAM、SGRAM、VRAM、WRAM 等，到今天广泛采用的 DDR SDRAM 显存，经历了很多代的进步。 目前，市场中所采用的显存类型，主要有 SDRAM、DDR SDRAM、DDR SGRAM 三种。 SDRAM 颗粒，目前主要应用在低端显卡上，频率一般不超过 200MHz，在价格和性能上，它比 DDR 都没有什么优势，因此逐渐被 DDR 取代。 DDR SDRAM 是市场中的主流，一方面，是工艺的成熟，批量的生产，导致成本下跌，使得它的价格便宜；另一方面，它能提供较高的工作频率，带来优异的数据处理性能。 至于 DDR SGRAM，它是显卡厂商特别针对绘图者需求，为了加强图形的存取处理以及绘图控制效率，从同步动态随机存取内存（SDRAM ）所改良而得的产品。SGRAM 允许以方块（Blocks）为单位，个别修改或者存取内存中的资料，它能够与中央处理器（CPU）同步工作，可以减少内存读取次数，增加绘图控制器的效率。尽管它稳定性不错，而且性能表现也很好，但是它的超频性能很差劲。 1) FPM 显存 FPM DRAM（Fast Page Mode RAM），快速页面模式内存。是一种在 486 时期被普遍应用的内存（也曾应用为显存）。72 线、5V 电压、带宽 32bit、基本速度 60ns 以上。它的读取周期是从 DRAM 阵列中某一行的触发开始，然后移至内存地址所指位置，即包含所需要的数据。第一条信息必须被证实有效后存至系统，才能为下一个周期作好准备。这样就引入了“等待状态”，因为 CPU 必须傻傻的等待内存完成一个周期。FPM 之所以被广泛应用，一个重要原因，就是它是种标准而且安全的产品，而且很便宜。但其性能上的缺陷，导致其不久就被 EDO DRAM 所取代，此种显存的显卡，现在已不存在了。 2) EDO 显存 EDO（Extended Data Out）DRAM。与 FPM 相比，EDO DRAM 的速度要快 5%，这是因为 EDO 内设置了一个逻辑电路，借此 EDO 可以在上一个内存数据读取结束前，将下一个数据读入内存。设计为系统内存的 EDO DRAM 原本是非常昂贵的，只是因为 PC 市场急需一种替代 FPM DRAM的产品，所以被广泛应用在第五代 PC 上。EDO 显存可以工作在 75MHz 或更高，但是其标准工作频率为 66MHz，不过其速度还是无法满足显示芯片的需要，也早成为“古董级”产品。 3) SGRAM 显存 SGRAM 是 Synchronous Graphics DRAM 的缩写，意思是同步图形 RAM。是一种专为显卡设计的显存，也是一种图形读写能力较强的显存，由 SDRAM 改良而成。它改进了过去低效能显存传输率较低的缺点，为显示卡性能的提高创造了条件。SGRAM 读写数据时，不是一一读取，而是以“块（Block）”为单位，从而减少了内存整体读写的次数，提高了图形控制器的效率。但其设计制造成本较高，更多的是应用于当时较为高端的显卡。目前，此类显存也已基本不被厂商采用，被 DDR 显存所取代。 4) SDRAM 显存 SDRAM 即 Synchronous DRAM（同步动态随机存储器）。曾经是 PC 电脑上最为广泛应用的一种内存类型，即便在今天，SDRAM 仍旧还在市场占有一席之地。既然是“同步动态随机存储器”，那就代表着它的工作速度是与系统总线速度同步的。SDRAM 内存又分为 PC66、PC100、PC133等不同规格，而规格后面的数字，就代表着该内存最大所能正常工作系统总线速度，比如 PC100，那就说明此内存可以在系统总线为 100MHz 的电脑中同步工作。 与系统总线速度同步，也就是与系统时钟同步，这样就避免了不必要的等待周期，减少数据存储时间。同步还使存储控制器知道在哪一个时钟脉冲期由数据请求使用，因此数据可在脉冲上升期便开始传输。SDRAM 采用 3.3 伏工作电压，168Pin 的 DIMM 接口，带宽为 64 位。SDRAM 不仅应用在内存上，在显存上也较为常见。 SDRAM 可以与 CPU 同步工作，无等待周期，减少数据传输延迟。优点：价格低廉，曾在中低端显卡上得到了广泛的应用。SDRAM 在 DDRSDRAM 成为主流之后，就风光不再。目前，则只能在最低端的产品或旧货市场，才能看到此类显存的产品了。 5) DDR 显存 DDR 显存分为两种：一种是大家习惯上的 DDR 内存，严格的说，DDR 应该叫 DDR SDRAM。另外一种，则是 DDR SGRAM，此类显存应用较少、不多见。 6) DDR SDRAM 人们习惯称 DDR SDRAM 为 DDR。DDR SDRAM 是 Double Data Rate SDRAM 的缩写，是双倍速率同步动态随机存储器的意思。DDR SDRAM是在 SDRAM 基础上发展而来的，仍然沿用 SDRAM 生产体系，因此对于内存厂商而言，只需对制造普通 SDRAM 的设备稍加改进，即可实现 DDR内存的生产，可有效的降低成本。 SDRAM 在一个时钟周期内只传输一次数据，它是在时钟的上升期进行数据传输；而 DDR 内存则是一个时钟周期内传输两次次数据，它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据，因此，称为双倍速率同步动态随机存储器。DDR 内存可以在与 SDRAM 相同的总线频率下，达到更高的数据传输率。 与 SDRAM 相比：DDR 运用了更先进的同步电路，使指定地址、数据的输送和输出主要步骤既独立执行，又保持与 CPU 完全同步；DDR 使用了 DLL（Delay Locked Loop，延时锁定回路提供一个数据滤波信号）技术，当数据有效时，存储控制器可使用这个数据滤波信号来精确定位数据，每 16 次输出一次，并重新同步来自不同存储器模块的数据。DDL 本质上不需要提高时钟频率，就能加倍提高 SDRAM 的速度，它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿读出数据，因而其速度是标准 SDRA 的两倍。DDR SDRAM 是目前应用最为广泛的显存类型，90% 以上的显卡都采用此类显存。 7) DDR SGRAM DDR SGRAM 是从 SGRAM 发展而来，同样也是在一个时钟周期内传输两次次数据，它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据。可以在不增加频率的情况下，把数据传输率提高一倍。DDR SGRAM 在性能上要强于 DDR SDRAM，但其仍旧在成本上要高于 DDR SDRAM，只在较少的产品上得到应用。而且其超频能力较弱，因其结构问题，超频容易损坏。 8) DDR2 显存 DDR2 显存可以看作是 DDR 显存的一种升级和扩展，DDR2 显存把 DDR 显存的“2bit Prefetch（2 位预取）”技术升级为“4bitPrefetch（4 位预取）”机制，在相同的核心频率下，其有效频率比 DDR 显存整整提高了一倍，在相同显存位宽的情况下，把显存带宽也整整提高了一倍，这对显卡的性能提升是非常有益的。从技术上讲，DDR2 显存的 DRAM 核心可并行存取，在每次存取中处理 4 个数据而非 DDR 显存的2 个数据，这样，DDR2 显存便实现了在每个时钟周期处理 4bit 数据，比传统 DDR 显存处理的 2bit 数据提高了一倍。相比 DDR 显存，DDR2显存的另一个改进之处在于，它采用 144Pin 球形针脚的 FBGA 封装方式，替代了传统的 TSOP 方式，工作电压也由 2.5V 降为 1.8V。 由于 DDR2 显存提供了更高频率，性能相应得以提升，但也带来了高发热量的弊端。加之结构限制，无法采用廉价的 TSOP 封装，不得不采用成本更高的 BGA 封装（DDR2 的初期产能不足，成本问题更甚）。发热量高、价格昂贵成为采用 DDR2 显存显卡的通病，如率先采用 DDR2 显存的 GeForce FX 5800/5800Ultra 系列显卡，就是比较失败的产品。基于以上原因，DDR2 并未在主流显卡上广泛应用。 9) DDR3 显存 DDR3 显存，可以看作是 DDR2 的改进版，二者有很多相同之处。例如，采用 1.8V 标准电压、主要采用 144Pin 球形针脚的 FBGA 封装方式。不过 DDR3 核心有所改进：DDR3 显存采用 0.11 微米生产工艺，耗电量较 DDR2 明显降低。此外，DDR3 显存采用了“Pseudo Open Drain”接口技术，只要电压合适，显示芯片可直接支持 DDR3 显存。当然，显存颗粒较长的延迟时间（CAS latency）一直是高频率显存的一大通病，DDR3 也不例外。DDR3 的 CAS latency 为 5/6/7/8，相比 DDR2 为 3/4/5。客观地说，DDR3 相对于 DDR2 在技术上并无突飞猛进的进步，但 DDR3 的性能优势仍比较明显： （1）功耗和发热量较小：吸取了 DDR2 的教训，在控制成本的基础上，减小了能耗和发热量，使得 DDR3 更易于被用户和厂家接受。 （2）工作频率更高：由于能耗降低，DDR3 可实现更高的工作频率，在一定程度弥补了延迟时间较长的缺点，同时还可作为显卡的卖点之一，这在搭配 DDR3 显存的显卡上已有所表现。 （3）降低显卡整体成本：DDR2 显存颗粒规格多为 4M X 32bit，搭配中、高端显卡常用的 128MB 显存便需 8 颗。而 DDR3 显存规格多为 8M X 32bit，单颗颗粒容量较大，4 颗即可构成 128MB 显存。如此一来，显卡 PCB 面积可减小，成本得以有效控制，此外，颗粒数减少后，显存功耗也能进一步降低。 （4）通用性好：相对于 DDR 变更到 DDR2，DDR3 对 DDR2 的兼容性更好。由于针脚、封装等关键特性不变，搭配 DDR2 的显示核心和公版设计的显卡，稍加修改便能采用 DDR3 显存，这对厂商降低成本大有好处。 目前，DDR3 显存在新出的大多数中、高端显卡上，得到了广泛的应用。