Diferencias entre la memoria DDR4, GDDR5, GDDR6, GDDR6X y HBM

La memoria gráfica, o VRAM, de una tarjeta gráfica usa algunas tecnologías de memoria diferentes a las que usa la CPU como memoria principal. Por eso, hay diferencias destacables entre una DDR, una GDDR, o una HBM.

Aunque pueda parecer absurdo comparar una DDR4 con una GDDR/HBM, no lo es. El motivo es que la DDR4 también puede ser empleada como memoria gráfica en el caso de un iGPU (integrada).

Memoria: GPU vs iGPU

Intel CPU + AMD GPU

El uso de memoria que hace una GPU dedicada y una GPU integrada no es el mismo. Es importante diferenciar entre ambos casos, ya que la iGPU no tendrá una VRAM como en el caso de una tarjeta gráfica. En vez de eso, empleará la memoria RAM principal.

De un modo muy simple:

  • iGPU: en este caso, no existe una VRAM dedicada. Al estar la GPU integrada en la CPU, se hará uso de la MMU de ésta para acceder a la memoria principal (RAM).
  • dGPU: en la tarjeta gráfica existirá una VRAM dedicada, accediendo a ella a través de su IOMMU.

Diferencias DDR4 vs GDDR

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Si se compara la DDR4, la usada como memoria principal en los modernos equipos, con la GDDR, se pueden hallar algunas diferencias, pese a que ambas son DDR. Como se puede ver por el número, parece que la tarjeta gráfica va un paso por delante de la memoria principal DDR5, DDR6 frente a la 4. Pero… ¿realmente es más avanzada?

Veamos algunos detalles:

  • La DDR es bastante más barata que una GDDR. El conexionado con la PCB y el funcionamiento interno son prácticamente igual.
  • No obstante, no se pueden comparar generaciones. Por ejemplo, la GDDR2 y GDDR3 están basadas en un DDR2, mientras que GDDR4 y GDDR5 se basan en DDR3, y GDDR6 se basa en DDR4.
  • DDR4 funciona con un voltaje más bajo que la GDDR5. La DDR4 trabaja a 1.2v y la GDDR5 a 1.5v, por lo que consume más. En GDDR5X se reduce a 1.35v.
  • En cuanto a frecuencias, una DDR4 puede funcionar a frecuencias similares a las de una GDDR5X y GDDR6, es decir, entre 1750-1800Mhz.
  • El ancho de banda de una GDDR, a pesar de trabajar a similares frecuencias, es hasta 4 veces mayor.
  • GDDR5X no solo tiene un voltaje inferior a GDDR5, sino también se aumenta el ancho de banda por pin a 16Gbit/s.
  • DDR3 y DDR4 emplean un controlador de memoria de 64-bit, lo que supone 64-bit para Single-Channel, 128-bit para Dual-Channel, o 256-bit para Quad-Channel. Mientras que GDDR5 tiene un controlador de 32-bit por canal.
  • A pesar de que la GDDR tiene un canal más estrecho que la DDR, pueden tener más cantidad de canales, lo que puede hacer que el ancho de bus sea muy amplio. Por ejemplo, hay modelos con 256-bit, 384-bit, etc.
  • Otra diferencia fundamental entre DDR4 y GDDR5 o 6 son sus ciclos de E/S. Como le ocurre al bus SATA, DDR4 solo puede realizar una operación de acceso (lectura o escritura) por cada ciclo. En cambio, en la GDDR5 y GDDR6 se pueden estar realizando en un mismo ciclo una salida (escritura) y una entrada (lectura), por lo que se duplica el ancho de bus.

Resumiendo, a pesar de que aparentemente la DDR4 tiene mejores prestaciones, los anchos de bus y esa duplicidad en los accesos hacen que la GDDR gane. Eso es así porque la CPU trabaja de una forma secuencial, mientras que la GPU tiene miles de núcleos trabajando en paralelo, y necesitan un gran ancho para no generar un cuello de botella entre la VRAM y la GPU.

Diferencias GDDR5 vs GDDR6 vs GDDR6X

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Ahora bien, cuando ya has comprendido más o menos la diferencia entre una DDR y una GDDR moderna, lo siguiente es ver los cambios entre las últimas generaciones dde GDDR que se usan en las tarjetas gráficas más actuales:

  • GDDR5: esta memoria gráfica SDRAM tiene un gran ancho de banda, y menor consumo que la GDDR4. Puede alcanzar velocidades de transferencias de hasta 8Gbps, con anchos de 28GB/s por chip. Se fabrica en capacidades de 512MB hasta los 8GB. su ancho de bus es de 32-bit.
  • GDDR5X: es una versión mejorada de la anterior, con un mejor rendimiento. Es dos veces más rápida que una GDDR5 normal, y puede alcanzar velocidades desde los 10 a los 16Gbps. También consume menos energía debido a la reducción de voltaje (1.35v frente a 1.5v) citada anteriormente. Y está disponible en capacidades de 4 a 16GB.
  • GDDR6: también funciona a 1.35v, pero consigue velocidades de 16-18GB/s, consiguiendo un ancho de banda de hasta 72GB/s. Se pueden fabricar con capacidades de hasta 32GB debido a su mayor densidad.
  • GDDR6X: es una actualización de la anterior, con una ganancia de velocidad y un ancho de banda muy alto (casi como una HBM2). Sigue funcionando a 1.35v, aunque se ha ganado en eficiencia. Esta memoria puede alcanzar hasta los 21Gbps de velocidad y anchos de banda de hasta 1 TB/s.

Diferencias HBM vs GDDR

AMD GPU Fuji, memoria HBM

Algunos fabricantes, como AMD, han optado también por usar memoria HBM (High Bandwidth Memory) en algunos de sus modelos. Este tipo de memoria es bastante avanzada, y tiene sus ventajas y desventajas frente a la GDDR.

En este caso, no se trata de una memoria plana, sino que se emplea tecnología de empaquetado 3D. Es decir, los chips se van amontonando en pilas para su empaquetado. Eso hace que ocupe menos espacio en el PCB, y puede colocarse justo al lado del chip de la GPU, lo que permite reducir la latencia.

Entre las ventajas de la memoria HBM frente a GDDR están:

  • Menor consumo de energía.
  • Menor tamaño.
  • Ancho de banda más alto.
  • Menos calentamiento.
  • Mejor rendimiento.
  • Mayor capacidad, en vez de 1GB por chip de la GDDR, se llega a los 4GB por pila.

En cuanto a las desventajas:

  • Es más cara.
  • Menor frecuencia.

Ahora bien, en cuanto a detalles técnicos, variará en función de la generación de HBM, como ocurría con la GDDR:

  • HBM1: tiene un bus de 1024-bit, con frecuencias de hasta 500Mhz. Eso da velocidades de 1Gbps. El ancho de banda puede llegar a >100GB/s por cada pila, bastante más de lo 28GB/s que puede conseguir la GDDR5 por chip. Funciona con 1.3v.
  • HBM2: esta segunda generación comparte muchas características con la HBM, pero con mayor velocidad y ancho de banda. Puede tener 8 matrices DRAM por cada pila (8GB), con tasas de hasta 2Gbps. Eso con una bus de 1024-bit da como resultado un ancho de banda de 256GB/s. Además, también se ha reducido el voltaje a 1.2v.
    • Existen algunas mejoras de esta memoria y que han dado como resultados mejoras de rendimiento, como la HBM2E de Samsung. En este tipo de memoria se puede llegar a los 16GB por pila, doblando la capacidad del HBM2. En cuanto a velocidades, se trabaja a 3.2Gbps, con un ancho de banda de 410GB/s. Algunas especificaciones pueden llegar a los 4.2Gbps y 538GB/s.
  • HBM3: es una nueva generación de alta velocidad. Será más rápida y con mayor capacidad. Se podrá llegar hasta los 64GB de capacidad, y anchos de banda de hasta 512GB/s por cada pila.

Cómo calcular el ancho de banda

Hasta ahora he citado los datos de los anchos de banda directamente, pero si quieres calcular el ancho de banda de una memoria cuando te dan las características, tienes que recordar la siguiente formula (funciona para cualquier tipo):

Bandwitdth = (f · A) / 8

Es decir, multiplicar la frecuencia de reloj efectiva de la memoria por el ancho de banda en bit del bus. El resultado, se divide entre 8 y se obtiene así el ancho de banda.

Por ejemplo, vamos a calcular el ancho de banda de una DDR4 Single-Channel (64-bit). Ten en cuenta, que tiene que ser el reloj efectivo. Por ejemplo, una DDR4-3200 funciona a 400Mhz. Si multiplicas 400Mhz por 64-bit y lo divides entre 8, te da 3200 MB/s.