Micron tiết lộ chi tiết GDDR6X: Tương lai của bộ nhớ, hay DRAM độc quyền?

Micron thảo luận về bộ nhớ đồ họa: GDDR6X ở đây, PAM4 & PAM8 cho HBM được cấp bằng sáng chế

(Image credit: Micron)

Micron Technology đã chia sẻ một số chi tiết bổ sung về GDDR6X SGRAM mới nhất được sử dụng bởi card đồ họa GeForce RTX 30-series của Nvidia tại một cuộc họp ảo tuần trước. Công ty tiết lộ rằng họ đã thử nghiệm trong hơn một thập kỷ với các công nghệ cho phép loại bộ nhớ mới và cho biết GDDR6X SGRAM vẫn chưa được tiêu chuẩn hóa bởi JEDEC. Hiện tại, chỉ có Nvidia sử dụng bộ nhớ GDDR6X, nhưng Micron hy vọng điều này sẽ thay đổi theo thời gian. Nó có thể không?

Báo hiệu PAM4: Được khám phá cho DRAM từ năm 2006

Trung tâm thiết kế DRAM đồ họa của Micron ở Munich, Đức, có lịch sử đổi mới bộ nhớ đồ họa kể từ khi trung tâm thiết kế thuộc về Qimonda, một phụ bản DRAM lâu đời của Infineon. Các kỹ sư từ các phòng thí nghiệm này đã đưa các chip GDDR5, GDDR5X và bây giờ là GDDR6X đầu tiên của ngành vào sản xuất hàng loạt. Trên thực tế, Micron là nhà sản xuất duy nhất của GDDR5X và bây giờ nó là nhà sản xuất duy nhất của GDDR6X.

(Image credit: Micron)

Báo hiệu điều chế biên độ xung bốn mức (PAM4) là tính năng chính của bộ nhớ GDDR6X. Kỹ thuật này truyền hai bit dữ liệu mỗi chu kỳ sử dụng bốn mức tín hiệu, do đó tăng gấp đôi băng thông hiệu quả cho bất kỳ tần số hoạt động nào so với các loại SGRAM thế hệ trước. Ngoài ra, PAM4 mở ra cánh cửa cho tốc độ truyền dữ liệu cao hơn (mặc dù có chi phí). Do đó, PAM4 cải thiện cả hiệu suất trên mỗi đồng hồ và tốc độ.

Tuy nhiên, có một cảnh báo nhỏ. GDDR6 có độ dài chùm là 16 byte (BL16), nghĩa là mỗi kênh trong số hai kênh 16 bit của nó có thể phân phối 32 byte cho mỗi hoạt động. GDDR6X có độ dài cụm là 8 byte (BL8), nhưng do báo hiệu PAM4, mỗi kênh 16 bit của nó cũng sẽ cung cấp 32 byte cho mỗi hoạt động. Vì vậy, GDDR6X không nhanh hơn GDDR6 ở cùng xung nhịp.

(Image credit: Micron)

Báo hiệu PAM4 đã được sử dụng cho các tiêu chuẩn mạng trung tâm dữ liệu, chẳng hạn như Infiniband, trong nhiều năm và bản thân mã hóa bốn cấp không có gì đặc biệt mới. Lý do chính khiến PAM4 vẫn được dành riêng cho các trung tâm dữ liệu lớn và siêu máy tính là chi phí triển khai của nó khi so sánh với điều chế PAM2 / NRZ truyền thống.

Nhưng chi phí cao không ngăn cản việc khám phá công nghệ trong phòng thí nghiệm, và đây là điều mà các nhà khoa học thuộc chi nhánh Micron của Mỹ đã làm từ năm 2006. Trong quá trình này, họ đã được cấp 45 bằng sáng chế.

Ralf Ebert, giám đốc mảng đồ họa của Micron, cho biết: “Tại Micron, chúng tôi đã để các nhà khoa học tìm cách sử dụng PAM4 trong bộ nhớ từ năm 2006. “Tôi cố ý nói các nhà khoa học vì tôi sẽ phân biệt giữa nhà phát triển và nhà khoa học. Đây là những người thực sự làm nền tảng cho sự đổi mới. Về cơ bản, họ đã sử dụng công nghệ PAM4 này và cố gắng tìm ra cách chúng ta có thể sử dụng công nghệ đó trong DRAM.”

Sau nhiều năm khám phá PAM4, Micron cảm thấy rằng đã đến lúc áp dụng công nghệ này vào bộ nhớ đồ họa. Sự phát triển của GDDR từ năm 2007 (GDDR5) đến năm 2018 (GDDR6) khá đơn giản về mặt kiến ​​trúc (mặc dù có sự quay trở lại BL8), vì vậy việc giới thiệu một sơ đồ tín hiệu mới yêu cầu Micron phải tập hợp các nhà khoa học từ Hoa Kỳ và các kỹ sư từ Đức. .

Ebert cho biết: “Các nhà khoa học đã phải làm việc cùng với các nhà phát triển GDDR, những người đã ký tên vào con chip này. “Họ cũng hợp tác rất chặt chẽ với các kỹ sư hệ thống và sản phẩm, những người hiểu được những thách thức từ quan điểm hệ thống và sản xuất hàng loạt.”

Công việc về GDDR6X như chúng ta biết ngày nay đã bắt đầu cách đây chưa đầy ba năm vào cuối năm 2017. Thông thường, phải mất nhiều thời gian hơn nữa để đưa một loại DRAM mới ra thị trường, nhưng vì đây chủ yếu là một dự án nội bộ ( ít nhất là ở cấp độ thiết bị nhớ), việc triển khai các công nghệ mà Micron đã có rất nhanh chóng. Tuy nhiên, có một lý do cho điều đó.

(Image credit: Micron)

Được phát triển trong sự hợp tác chặt chẽ với Nvidia

Các loại bộ nhớ mới được phát triển không chỉ với một số ứng dụng nhất định mà còn hướng đến một số khách hàng nhất định. Nvidia là công ty đầu tiên sử dụng GDDR5X và GDDR6 (cũng như GDDR2 và GDDR3 vào đầu những năm 2000), vì vậy không có gì ngạc nhiên khi họ cũng tham gia sớm với Micron cho dự án GDDR6X. Trên thực tế, theo Micron, Nvidia đã yêu cầu Micron cung cấp giải pháp bộ nhớ rời có thể mang lại hiệu suất cao hơn GDDR6.

(Image credit: Ndivia)

Nvidia đã phải phát triển một bộ điều khiển bộ nhớ hoàn toàn mới và PHY cho GDDR6X vì tín hiệu PAM4 thay đổi cách hệ thống con bộ nhớ hoạt động nói chung. Dựa trên thực tế là không có nhà thiết kế IP nào công bố các dịch vụ GDDR6X của họ cho đến nay, có vẻ như Nvidia đã thiết kế mọi thứ trong nhà.

Hiện tại, Nvidia sử dụng GDDR6X trên card đồ họa GeForce RTX 3080/3090 của mình dựa trên GPU GA102 chủ yếu nhắm đến các game thủ. Cuối cùng, công ty cũng sẽ cung cấp card đồ họa chuyên nghiệp Quadro RTX có cùng chip và bộ nhớ GDDR6X. Trong khi đó, Micron nói rằng GDDR6X được cũng sử dụng cho AI và HPC ứng dụng, cả hai đều là bên ngoài của GeForce RTX của Nvidia (như các thẻ này được giới hạn về FP16 và FP32 hiệu suất tensor cho AI cũng như hiệu suất FP64 cho HPC) và Quadro Tiêu điểm RTX. Có lẽ Micron có nghĩa là sử dụng giả định hoặc nó ngụ ý một thẻ Nvidia Titan-series sắp tới được cung cấp bởi GA102 sẽ cung cấp hiệu suất phù hợp (không giới hạn) cho AI và HPC.

Nvidia là đối tác ra mắt GDDR6X duy nhất của Micron, nhưng Micron nhấn mạnh rằng họ không thiết kế loại bộ nhớ mới dành riêng cho nhà phát triển GPU. Nhà sản xuất DRAM cũng có kế hoạch cung cấp GDDR6X cho các công ty khác.

Ebert cho biết: “Hiện chúng tôi bắt đầu cung cấp và mở rộng điều này cho ngành, GDDR6X không dành riêng cho khách hàng. “Chúng tôi hy vọng những khách hàng khác sẽ quan tâm trong tương lai và sau đó chúng tôi cũng sẽ tương tác với họ.”

GDDR6X với PAM4: Khó xây dựng hơn, nhưng rẻ hơn HBM2

Micron nói rằng PAM4 đã yêu cầu nó thiết kế lại mạch ghi dữ liệu ghi (bộ thu) trong các thiết bị bộ nhớ GDDR6X của mình để lấy mẫu và phân giải chính xác bốn mức tín hiệu riêng biệt. Để làm như vậy, mỗi GDDR6X DRAM kết hợp ba bộ thu phụ đầu vào trên mỗi chân I / O và đảo ngược bus dữ liệu (DQ / DBI). Máy chủ có thể tinh chỉnh các mức điện áp VREFD tham chiếu trong trình tự đào tạo ghi. Trình điều khiển đầu ra của GDDR6X cũng phải được thiết kế lại, nhưng Micron cho biết việc thiết kế lại dựa trên các phương pháp truyền thống.

(Image credit: Ndivia)

Micron thừa nhận rằng chip GDDR6X đắt hơn để sản xuất so với các thiết bị GDDR6 thế hệ trước. Hơn nữa, chúng yêu cầu một tín hiệu rất rõ ràng và ổn định, đó là lý do tại sao bộ điều khiển bộ nhớ của GPU GA102 của Nvidia hỗ trợ thẻ GeForce RTX 3080/3090 hiện nằm trên đường ray điện riêng để đảm bảo nguồn điện rất sạch và ổn định. 

Nói về sức mạnh, cần lưu ý rằng do hiệu suất tăng đáng kể, GDDR6X tiết kiệm điện hơn 15% so với GDDR6 (7,25 pj / bit so với 7,5 pj / bit) ở cấp thiết bị, theo Micron.

Nhìn chung, chip GDDR6X và việc triển khai chúng đắt hơn so với GDDR6, nhưng nó vẫn rẻ hơn đáng kể so với bộ nhớ lớp HBM2 , theo Micron. GDDR6X không yêu cầu xếp chồng và nó được vận chuyển dưới dạng các chip rời có thể được hàn xuống tại nhà máy. Toàn bộ cơ sở hạ tầng cho các DRAM rời rạc đã tồn tại trong nhiều thập kỷ và tất cả các quy trình đều quen thuộc và rẻ tiền. Ngược lại, HBM2 KGSDs (các khuôn xếp chồng lên nhau tốt đã biết) phải được lắp ráp tại một fab bán dẫn và sau đó được đặt trên interposer bên cạnh GPU trong phòng sạch của một fab khác.

“DRAM hiệu suất cao hơn thường đi kèm với chi phí cao hơn,” Ebert nói. “Lợi thế lớn của GDDR6X là chúng tôi có thể đẩy hiệu suất hoạt động cao hơn nhiều trong khi vẫn nằm trong một mức chi phí nhất định. Điều này là do thực tế là GDDR6X vẫn là một giải pháp bộ nhớ rời. Bộ nhớ GDDR6X có thể được lắp ráp giống như bất kỳ bộ nhớ nào khác bộ nhớ trên PCB của các nhà sản xuất bổ trợ trong môi trường tiêu chuẩn của họ. Khi bạn xem xét các cấp tốc độ khác nhau của bộ nhớ, thường có phạm vi về bộ cộng chi phí; chúng tôi đã định vị GDDR6X của mình phù hợp với phạm vi điển hình. Đây không phải là sản phẩm đi kèm với chi phí cực kỳ cao hơn cho khách hàng, chủ yếu là do thực tế vì nó vẫn là một giải pháp bộ nhớ rời “.

Micron không tiết lộ kích thước khuôn của các thiết bị 8 Gb GDDR6X và không so sánh nó với các thiết bị 8 Gb GDDR6 của mình. Công ty nhấn mạnh rằng đây là loại bộ nhớ đầu tiên sử dụng tín hiệu PAM4, và loại bộ nhớ sau là một bước đột phá mở ra cánh cửa cho nhiều loại đổi mới khác nhau.

“PAM4 là một thách thức, và chúng tôi tin rằng với bước đột phá này, điều này có thể được thực hiện trong tương lai,” giám đốc đồ họa DRAM tại Micron cho biết. “Chúng tôi tin rằng điều này sẽ thay đổi ngành công nghiệp DRAM. Chúng tôi là những người đầu tiên làm điều này và chúng tôi đã nghiên cứu điều này được một thời gian.”

GDDR6X để mở rộng mật độ và tốc độ dữ liệu

Hiện tại, Micron cung cấp chip GDDR6X 8 Gb được đánh giá cho 19 Gbps và 21 Gbps. Các thiết bị nhớ mới được sản xuất bằng công nghệ quy trình 10 nm thế hệ thứ 4 đã được chứng minh của công ty (còn được gọi là 1α nm). Công ty có lộ trình mở rộng quy mô GDDR6X cả về công suất và tốc độ thùng.

Cisco Router 4000 Series

CISCO ISR4321/K9

Liên hệ

Cisco Switch Catalyst 2960L

CISCO WS-C2960L-SM-48TQ

Liên hệ

Cisco Switch Catalyst 2960L

CISCO WS-C2960L-SM-16TS

Liên hệ

Cisco Switches Catalyst 2960

CISCO WS-C2960S-48FPD-L

Liên hệ

Cisco Switch Catalyst 2960L

Cisco WS-C2960L-48PS-AP

Liên hệ

Cisco Router 4000 Series

CISCO ISR4321-AX/K9

Liên hệ

Cisco Switch Catalyst 2960L

CISCO WS-C2960L-16PS-LL

Liên hệ

Cisco Switches Catalyst 2960

CISCO WS-C2960S-48TD-L

Liên hệ

Năm tới, Micron dự định bổ sung mật độ 16 Gb vào dòng sản phẩm và cung cấp chip nhanh hơn theo thời gian. Hiện tại, Micron là nhà sản xuất duy nhất của GDDR6X và Nvidia là khách hàng duy nhất, vì vậy sự phát triển của GDDR6X phụ thuộc vào nhu cầu của Nvidia và khả năng sản xuất hàng loạt của Micron. Thông điệp chính ở đây là GDDR6X được thiết lập để mở rộng quy mô về hiệu suất vượt quá 21 Gbps.

GDDR6X: Không phải là tiêu chuẩn JEDEC, nhưng không phải là độc quyền

Để hoàn thiện GDDR6X sớm nhất có thể và làm cho nó hoạt động với GPU Ampere của Nvidia, hai công ty đã làm việc gần như ở chế độ ẩn. Hai công ty chưa bao giờ gửi thông số kỹ thuật cho JEDEC để tiêu chuẩn hóa, và do đó GDDR6X là một loại bộ nhớ độc quyền chỉ có ở Micron vào thời điểm này.

Ebert cho biết: “Tại thời điểm này, nó vẫn chưa được đệ trình lên JEDEC để tiêu chuẩn hóa.

GDDR5X phần lớn được phát triển bởi Micron với rất ít (nếu có) đầu vào từ phần còn lại của ngành. JEDEC đã chính thức công bố tiêu chuẩn trước khi Micron bắt đầu sản xuất hàng loạt GDDR5X và cung cấp cho các thành viên của tổ chức. Tuy nhiên, không ai ngoại trừ Nvidia sử dụng GDDR5X và không ai ngoại trừ Micron sản xuất loại bộ nhớ này.

GDDR6X có thể được sử dụng ngoài đồ họa, có thể

(Image credit: Ndivia)

Theo truyền thống, các loại bộ nhớ GDDR hầu như chỉ được sử dụng cho card đồ họa và bảng điều khiển trò chơi. Với GDDR6, Micron và các đồng nghiệp trong ngành của nó bắt đầu quảng bá DRAM đồ họa cho các ứng dụng khác yêu cầu băng thông cao. Trong số các trường hợp sử dụng tiềm năng, họ nhắm mục tiêu đến các ứng dụng ô tô, mạng và FPGA . Micron hy vọng rằng GDDR6X sẽ có thể giải quyết các thị trường không có GPU, nhưng nó không đưa ra bất kỳ lời hứa thực sự nào ở đây.

GPU ngày nay được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng AI khác nhau, vì vậy đương nhiên, các ứng dụng đào tạo và suy luận đã được đề cập trong cuộc họp báo của Micron khi công ty nói về GDDR6X cho ngành dọc không đồ họa. Trong khi đó, vì Nvidia nhắm mục tiêu đến các card đồ họa Titan-series của mình cho các game thủ, những người đam mê AI và nhiều người tiêu dùng khác nhau, GDDR6X của Micron về mặt kỹ thuật sẽ giải quyết các thị trường này nếu Nvidia ra mắt mẫu Titan Ampere. 

Để giải quyết các thị trường mới nổi, Micron không chỉ cần cung cấp bộ nhớ mà còn cả IP bộ điều khiển bộ nhớ, IP PHY và IP xác minh. Những loại thứ này được cung cấp bởi các nhà thiết kế IP như Avery, Cadence, Rambus và Synopsys. Vì hành trình của GDDR6X chỉ mới bắt đầu, các nhà IP sẽ phải bắt kịp, giả sử rằng họ nhận thấy nhu cầu tiềm năng đối với GDDR6X của ngành. Điều đó không được đảm bảo chính xác, đặc biệt khi xem xét rằng GDDR6X không phải là tiêu chuẩn ngành được hỗ trợ bởi JEDEC.

Micron đã đưa ra một nhận xét thú vị rằng các CPU có thể sử dụng GDDR6X:

Ebert nói: “Về mặt lịch sử, không có gì có thể ngăn cản ngành công nghiệp GDDR DRAM với CPU. “Tương tự trong trường hợp này. Nhưng đây là một quyết định phải được thực hiện bởi các công ty CPU.”

Tương lai của bộ nhớ đồ họa: PAM4 vẫn ở đây, ngay cả đối với HBM

Đối với Micron, GDDR6X không chỉ là một sản phẩm có tính hoàn thiện cao mà còn là đỉnh cao của công việc mang tín hiệu PAM4 tới DRAM. Mặc dù loại mã hóa này sẽ không được sử dụng cho DDR5 SDRAM, nhưng Micron tin rằng đó là tương lai của bộ nhớ trong dài hạn.

“Vì vậy, GDDR6X là nơi chúng tôi giới thiệu PAM4, và chúng tôi chắc chắn có thể thấy điều đó trong tương lai,” giám đốc bộ nhớ đồ họa của Micron cho biết. “Về tiềm năng, PAM4 có thể được sử dụng trong các tiêu chuẩn bộ nhớ khác. Có thể hoặc nhiều khả năng loại công nghệ này sẽ được các công ty sử dụng CPU hoặc các bộ xử lý khác của chúng tôi.”

(Image credit: Ndivia)

PAM4 thực sự sẽ được ngành công nghiệp sử dụng rộng rãi hơn nhiều so với ngày nay. PCIe 6.0, sẽ ra mắt vào năm 2021, sử dụng tín hiệu PAM4 để khai thác hiệu quả hơn và tốc độ dữ liệu cao hơn. Lưu ý đến việc áp dụng rộng rãi PCIe, các công ty CPU và ASIC cuối cùng nhất định phải hỗ trợ cả PCIe 6.0 và PAM4. Ngay sau khi ngành công nghiệp học cách làm việc với điều chế biên độ xung bốn mức với PCIe 6.0, chắc chắn nó sẽ áp dụng nó ở những nơi khác.

Micron nói rằng họ lần đầu tiên triển khai PAM4 vào một chip thử nghiệm LPDDR để thử nghiệm công nghệ này. Hơn nữa, một bằng sáng chế được phát hiện trong khi chúng tôi chuẩn bị câu chuyện này nói rằng bộ nhớ lớp HBM xếp chồng lên nhau đã được cấp bằng sáng chế của Micron với tín hiệu PAM4 và PAM8 ba năm trước.

Các loại bộ nhớ HBM vẫn phải tiếp nhận vô số thứ được sử dụng bởi các thiết bị DRAM rời rạc (QDR, BL8 / BL16, v.v.), vì vậy thật khó để đưa ra dự đoán khi nào nó có thể áp dụng tín hiệu mới. Nhưng nếu các chip HBM2E 3,6 Gbps hiện có sử dụng điều chế biên độ xung bốn cấp, điều này sẽ tăng gấp đôi băng thông trên mỗi thiết bị lên 922 GB / s. Điều đó có nghĩa là hệ thống con DRAM 6144-bit sáu mô-đun sẽ cung cấp băng thông khổng lồ 5,5 TB / s. Tuy nhiên, đây là suy đoán thuần túy vào thời điểm này.

Tóm lược

Micron’s GDDR6X là bộ nhớ sản xuất hàng loạt đầu tiên trong ngành sử dụng tín hiệu điều chế biên độ xung bốn mức, hay còn gọi là PAM4. Kiểu mã hóa mới truyền hai bit dữ liệu mỗi chu kỳ bằng cách sử dụng bốn mức tín hiệu (so với một bit trong trường hợp PAM2) và mở ra các cánh cửa với tần số cao hơn. Đã thử nghiệm với PAM4 từ năm 2006, Micron coi PAM4 là sự phát triển không chỉ cho GDDR mà còn cho DRAM nói chung. Mặc dù DDR5 không sử dụng PAM4, nhưng Micron đã được cấp bằng sáng chế cho bộ nhớ HBM hỗ trợ PAM4 và thậm chí PAM8.

Nhà sản xuất DRAM thừa nhận rằng GDDR6X khó xây dựng và triển khai hơn (và có thể là tốn kém hơn) so với GDDR6. Tuy nhiên, ngay cả khi còn sơ khai, GDDR6X đã rẻ hơn HBM2E trưởng thành vì chúng tôi đang xử lý các chip nhớ rời ở đây. Trong khi đó, vì GDDR6X quay trở lại độ dài cụm 8 byte (giảm từ 16 byte trong trường hợp GDDR6), nó không nhanh hơn so với người tiền nhiệm của nó, GDDR6, với cùng tốc độ dữ liệu trên mỗi chân. 

Cảnh báo lớn nhất của GDDR6X tại thời điểm này là nó chỉ được phát triển bởi Micron với một số đầu vào từ Nvidia. Micron chưa đệ trình tiêu chuẩn lên JEDEC và không rõ liệu GDDR6X có bao giờ trở thành tiêu chuẩn công nghiệp hay không. Micron hy vọng rằng GDDR6X sẽ được sử dụng cho các ứng dụng không phải đồ họa, nhưng sẽ khó có thể quảng bá loại bộ nhớ mới nếu không có sự hỗ trợ từ các công ty khác.

copyright tomshardware.com

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Gọi Ngay!
icons8-exercise-96 challenges-icon chat-active-icon chat-active-icon