什么是GDDR7內(nèi)存——有關(guān)即將推出的圖形VRAM技術(shù)

什么是 GDDR7 內(nèi)存？它是用于 GPU 的下一代圖形內(nèi)存，例如即將推出的 Nvidia Blackwell RTX 50 系列。它將在未來幾年內(nèi)用于各種產(chǎn)品，為現(xiàn)有的 GDDR6 和 GDDR6X 解決方案提供代際升級(jí)，從而提高游戲和其他類型的工作負(fù)載的性能。但這個(gè)名字下面還有很多事情要做。

自從第二代GDDR內(nèi)存（用于“圖形雙倍數(shù)據(jù)速率”）推出以來，這種模式就非常清晰。GDDR（前身為 DDR SGRAM）早在 1998 年就問世了，每隔幾年就會(huì)有新的迭代到來，擁有更高的速度和帶寬。

當(dāng)前一代 GDDR6 于 2018 年問世，首次用于 Nvidia RTX 20 系列和 AMD RX 5000 系列 GPU，從 14 GT/s（每秒千兆傳輸速度）開始，最終達(dá)到 20 GT/秒。還有 GDDR6X 內(nèi)存，僅供 Nvidia 在更高級(jí)別的 RTX 30 和 40 系列 GPU 上使用，初始速度為 19 GT/s，最終達(dá)到 23 GT/s——至少在出貨產(chǎn)品中是這樣。

自三星于 2022 年首次討論該技術(shù)以來，GDDDR7 已經(jīng)出現(xiàn)了好幾年，最終的 JEDEC 規(guī)格于 2024 年 3 月 5 日發(fā)布。所有主要的內(nèi)存制造商——美光、三星和SK海力士——都已經(jīng)承諾支持該標(biāo)準(zhǔn)，芯片現(xiàn)在應(yīng)該可以大規(guī)模生產(chǎn)。我們預(yù)計(jì)今年秋天將看到第一批使用 GDDR7 的零售產(chǎn)品。

GDDR7 速度

GDDR7 最初將以 32 GT/s 的速度啟動(dòng)——比最快的 GDDR6 內(nèi)存高 60%，比最快的 GDDR6X 內(nèi)存高 33%（盡管沒有產(chǎn)品使用過 24 GT/s 的速度）。但這只是基線起點(diǎn)。

美光和三星已公開披露計(jì)劃發(fā)布速度高達(dá) 36 GT/s 的 GDDR7，而 SK 海力士表示將擁有高達(dá) 40 GT/s 的速度。最后一項(xiàng)將使頂級(jí) GDDR6 解決方案的帶寬增加一倍，我們可能會(huì)在 2025 年看到此類芯片出貨。

展望未來，GDDR7 計(jì)劃達(dá)到 48 GT/s。我們預(yù)計(jì)至少在一兩年內(nèi)不會(huì)看到這樣的記憶，但可以想象，我們最終可能會(huì)看到更高的時(shí)鐘，這取決于中間幾年發(fā)生的事情。

實(shí)際內(nèi)存時(shí)鐘并不像上述數(shù)字所暗示的那么高。與 GDDR6 一樣，GDDR7 將使用四數(shù)據(jù)速率 （QDR）——所以從技術(shù)上講，它更像是 GQDR7，但命名人員已經(jīng)決定堅(jiān)持使用 DDR。數(shù)據(jù)也以塊的形式從內(nèi)存中獲取，并且基本時(shí)鐘比名稱所暗示的要低得多。事實(shí)上，即使是“QDR”也有點(diǎn)用詞不當(dāng)，因?yàn)?GDDR6X 的基本時(shí)鐘為 1188 MHz （“19Gbps”） 至 1438 MHz （“24Gbps”），而 GDDR6 的基本時(shí)鐘為 1375–2500 MHz （11–20 Gbps）。

會(huì)有GDDR7X內(nèi)存嗎？

過去兩代 GDDR 都出現(xiàn)了“X”變體，GDDR5X 和 GDDR6X。這兩者都來自美光，與英偉達(dá)合作，為基本內(nèi)存創(chuàng)造了更高帶寬的變體。GDDR5 在 GTX 1060 6GB 中達(dá)到 9 GT/s，而 GDDR5X 則達(dá)到 12 GT/s。同樣，GDDR6 的最大速度為 20 GT/s，而 GDDR6X 將其提高到 24 GT/s。GDDR5X 的速度提高了 33%，GDDR6X 的速度提高了 20%。

那么，我們能否看到 GDDR7X 將速度提高到超過 GDDR7 最終達(dá)到的任何水平？我們?cè)?GTC 2024 上向美光詢問了此事，并被告知目前還沒有正式進(jìn)行任何工作。這確實(shí)是有道理的——直到使用 GDDR6 的第二代顯卡問世，我們才獲得 GDDR6X，而 GDDR7 甚至還沒有在產(chǎn)品中發(fā)貨。

美光不太可能討論GDDR7X的未來計(jì)劃，無論它現(xiàn)在是否正在開發(fā)中——就像英偉達(dá)還沒有談?wù)撐磥淼腉PU魯賓架構(gòu)一樣?？吹矫拦馀c英偉達(dá)在 GDDR7X 上的又一次合作也就不足為奇了，但我們預(yù)計(jì)至少在未來兩三年內(nèi)不會(huì)以某種方式聽到它。如果它真的成為現(xiàn)實(shí)，希望它能像GDDR6X一樣提供至少20%的帶寬提升。

哪些產(chǎn)品將使用GDDR7？

目前，還沒有關(guān)于任何將使用 GDDR7 的產(chǎn)品的官方消息，但有傳言稱 Nvidia 的更高級(jí)別的 Blackwell GPU 是第一個(gè)使用新內(nèi)存的產(chǎn)品。我們預(yù)計(jì)第一批將于 2024 年秋季到貨。

早先的預(yù)期是AMD的RDNA 4 GPU也將采用新的內(nèi)存類型，但現(xiàn)在有跡象表明RDNA 4將堅(jiān)持使用GDDR6內(nèi)存。這只是泄密者的說法，但也有跡象表明，AMD可能會(huì)在其即將推出的架構(gòu)中專注于主流GPU。如果這是正確的，那么繼續(xù)依賴更便宜的 GDDR6 內(nèi)存也就不足為奇了。

英特爾的 Battlemage GPU 怎么樣？據(jù)英特爾代表稱，這些產(chǎn)品也針對(duì)主流用戶，因此也可能與GDDR6一起使用?；蛘?，我們可以看到采用 GDDR7 的高端型號(hào)和采用 GDDR6 的主流解決方案。

無論發(fā)生什么，目前的謠言表明 AMD RDNA 4 可能要到 2025 年才會(huì)到來。有傳言說 Battlemage 將在今年發(fā)貨，但現(xiàn)在其他傳聞?wù)f它也已經(jīng)滑入 2025 年。目前，關(guān)于各種新顯卡何時(shí)出貨還沒有明確的答案。

GDDR7 也可以用于其他設(shè)備，特別是與 AI 加速器一起使用。頂級(jí) AI 加速器一直在使用 HBM 內(nèi)存類型（現(xiàn)在主要是 HBM3 和 HBM3E），但以推理為中心的設(shè)計(jì)仍然可以從 GDDR7 提供的額外帶寬中受益，即使它不像 HBM 那樣密集。

GDDR7 技術(shù)細(xì)節(jié)

我們已經(jīng)介紹了 GDDR7 的速度和帶寬，以及我們可能看到它使用的時(shí)間和地點(diǎn)，但新內(nèi)存帶來了哪些根本性的變化？

最大的變化之一將是工藝節(jié)點(diǎn)技術(shù)的縮小，從目前的“10納米級(jí)”到21納米，再到10納米到15納米。美光目前使用 GDDR6/GDDR6X 的最小節(jié)點(diǎn)，稱其為 10nm 級(jí)，但我們預(yù)計(jì)它將轉(zhuǎn)向 GDDR7 的精細(xì)和/或更小的節(jié)點(diǎn)。SK海力士（SK海力士）和三星（Samsung）也是如此，前者目前在21nm節(jié)點(diǎn)上生產(chǎn)GDDR6，后者也使用10nm級(jí)的GDDR6。

目前的 GDDR6 解決方案通常使用 1.35V，而 GDDR7 會(huì)將其降低到 1.2V，潛在的 1.1V 版本也在開發(fā)中（用于低時(shí)鐘）。這應(yīng)該會(huì)降低同等性能的功率要求，盡管更高的速度可能會(huì)抵消這一優(yōu)勢。

GDDR7 最大的根本性變化是它將使用 PAM3 信令，其中 GDDR6 使用 NRZ（不歸零）信令，而 GDDR6X 使用 PAM4 信令。與 NRZ 相比，PAM3（3 級(jí)脈沖幅度調(diào)制）降低了能源需求，同時(shí)比 PAM4（4 級(jí) PAM）實(shí)施起來更簡單。這應(yīng)該使GDDR7制造設(shè)備不那么復(fù)雜和便宜，盡管這并不意味著它會(huì)便宜。

GDDR7 還將支持非 2 次供電配置，我們預(yù)計(jì)會(huì)看到 24Gb 和最終的 48Gb 內(nèi)存芯片。GDDR6 也可能推出 24Gb 解決方案，盡管目前還沒有公司發(fā)布使用這種配置的產(chǎn)品。這意味著每個(gè) 32 位接口可以多放置 50% 的內(nèi)存，例如，典型的 128 位顯卡可以具有 12GB 的 VRAM，而不是只有 8GB。

另一個(gè)變化是 32 位 GDDR7 內(nèi)存接口被細(xì)分為四個(gè) 8 位通道，這有助于獲取更大的數(shù)據(jù)塊。GDDR5 是 8n 預(yù)取，GDDR6 是 16n，GDDR7 將具有 32n 預(yù)取架構(gòu)。這是一種從DRAM提取大量數(shù)據(jù)的方法，同時(shí)仍以相對(duì)較低的時(shí)鐘運(yùn)行。

GDDR7 還支持 ECC（糾錯(cuò)碼），即使偶爾的位被翻轉(zhuǎn)，芯片也能繼續(xù)運(yùn)行。ECC可以檢測到這一點(diǎn)并提高可靠性，隨著速度和密度的增加，這是一個(gè)關(guān)鍵因素。

展望 GDDR7 之外

正如我們已經(jīng)從GDDR2到GDDR7一樣——如前所述，“GDDR1”被稱為DDR SGRAM——可以肯定的是，我們將在未來看到GDDR8，可能是四到七年后。真正的問題是，在看似不可避免的 GDDR9 之后會(huì)發(fā)生什么。我們只需添加一個(gè)數(shù)字即可獲得 GDDR10 嗎？不過，我們也可能在某個(gè)時(shí)候從 DDR 轉(zhuǎn)向 QDR 或 ODR（八進(jìn)制數(shù)據(jù)速率）命名。

2003 年的 GDDR2 最高運(yùn)行速度僅為 1 GT/s （Gbps），32 位芯片可產(chǎn)生高達(dá) 4 GB/s 的帶寬。第二年，GDDR3 開始使用，每個(gè) 32 位芯片的帶寬高達(dá) 8 GB/s。Nvidia跳過了GDDR4，而AMD在2006-2007年X1000和HD 2000系列的一些GPU中使用了它，最高帶寬為9 GB / s。2009 年躍升到 GDDR5 帶來了帶寬的顯著增加，最慢的芯片提供 16 GB/s，后來，GDDR5 最終將這一數(shù)字翻倍至 32 GB/s。

自 GDDR5 以來，引入新變體的速度已經(jīng)放緩。GDDR5 堅(jiān)持了整整六年，GDDR6 也做到了同樣的事情。GDDR7 很可能至少會(huì)存在這么長時(shí)間，與主要用于數(shù)據(jù)中心和 AI 產(chǎn)品的各種形式的 HBM（高帶寬內(nèi)存）共存。但在某些時(shí)候，即使每個(gè) 32 位芯片的帶寬高達(dá) 160 GB/s，甚至 GDDR7 最終也需要被替換——工程師們可能已經(jīng)在討論如何為接下來的任何事情推動(dòng)更高的帶寬。

但現(xiàn)在，我們期待看到第一波配備 GDDR7 的顯卡。憑借更大的內(nèi)存容量和更高的帶寬，GDDR7 將實(shí)現(xiàn)更高水平的 GPU 計(jì)算。如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，這些應(yīng)該在今年秋天到來。