Pamięć VRAM: Co to jest i do czego służy?

Przewodnik po sprzęcie » Ćwiczenia » Pamięć VRAM: Co to jest i do czego służy?

La Pamięć VRAM lub pamięć wideo RAM To jeden z najważniejszych elementów komputera, który będzie wykorzystywany do zadań graficznych. Wydajność, jaką można uzyskać z GPU, w dużej mierze od niego zależy. Dlatego w tym artykule zgłębimy tajemnice skrywane przez tę pamięć i jej naturę.

Być może zainteresuje Cię również lektura:

• Architektury GPU: różnice między Intelem, AMD i NVIDIA
• Wirtualizacja GPU: co to jest

GPU: „procesor” do grafiki

Jeśli chodzi o kartę graficzną, jak zapewne wiesz, jest ona niemal jak sama płyta główna, z jednostką centralną, w tym przypadku procesorem graficznym przeznaczonym do grafiki, a także RAM, w tym przypadku pamięć VRAM, którą omówimy dokładniej w tym artykule, oprogramowanie sprzętowe lub BIOS, sama płytka PCB wyprodukowana przez producentów mających również doświadczenie w produkcji płyt głównych, takich jak ASUS, Gigabyte, ASRock, MSI itp.

W przypadku bycia iGPU lub zintegrowany procesor graficznyW tym przypadku będzie on współdzielić część pamięci RAM zarezerwowaną dla GPU, a reszta będzie wykorzystywana przez CPU. Dlatego tę część pamięci głównej można by uznać za pamięć VRAM dla iGPU, mimo że nie ma ona dokładnie takich samych właściwości jak GDDR.

VRAM kontra RAM

La VRAM to rodzaj pamięci fizycznej podobnej do pamięci RAMW niektórych przypadkach pamięć RAM jest również wykorzystywana do celów graficznych, na przykład w procesorach graficznych iGPU, gdzie jest współdzielona z procesorem. Jednak potrzeby procesora graficznego i procesora są różne. Procesor graficzny wymaga większych opóźnień, przepustowości i szybkości ze względu na liczbę zarządzanych rdzeni oraz paralelizm wymagany do przetwarzania ogromnych ilości danych, jak ma to miejsce w przypadku przetwarzania grafiki z wykorzystaniem strumieni SIMD. W takich przypadkach część pamięci głównej jest zarezerwowana do wyłącznego użytku przez procesor graficzny, co może ograniczać możliwości procesora.

Aby sprostać potrzebom GPU, opracowano wersja pamięci RAM specjalnie zoptymalizowana pod kątem procesorów graficznych, zwanej GDDR. Chociaż bazuje na konwencjonalnej pamięci RAM DDR, GDDR charakteryzuje się znaczną poprawą magistrali i szybkości, aby sprostać wymaganiom przepustowości, szybkości i opóźnień procesora graficznego.

W niektórych systemach, takich jak urządzenia mobilne, nowoczesne konsole do gier i procesory Apple serii M, stosowany jest zunifikowany system pamięci zwany Unified Memory. W tych systemach procesor (CPU) i karta graficzna (GPU) współdzielą tę samą przestrzeń adresową pamięci RAM, co oznacza, że ​​nie ma potrzeby posiadania identycznych kopii zestawów danych dla procesora i karty graficznej. Chociaż RAM Pamięć ta nie jest zoptymalizowana pod kątem wymagań przepustowości i szybkości procesora graficznego, dlatego niektóre systemy korzystają bezpośrednio z pamięci GDDR5 zamiast zunifikowanej pamięci RAM, jak ma to miejsce w przypadku układu APU firmy AMD w konsoli Sony PlayStation XNUMX. Dzięki temu pamięć jest zoptymalizowana specjalnie pod kątem procesora graficznego.

Różnice między GDDR i DDR

Podczas gdy pamięć DDR jest używana przez procesor, a w niektórych przypadkach przez iGPU, o czym wspomniałem wcześniej, GDDR to pamięć zaprojektowana specjalnie dla procesorów graficznych:

• DDR (podwójna szybkość transmisji danych): Jest to rodzaj pamięci SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory), używanej do przechowywania wszystkich danych i instrukcji programów, które procesor musi wykonać. W przypadku iGPU część tej pamięci będzie również zarezerwowana dla GPU; w niektórych architekturach jest ona niedostępna dla procesora, podczas gdy w innych jest to pamięć zunifikowana, jak w systemach HSA. Co więcej, pamięć główna, czyli RAM dla procesora, może być zaimplementowana w modułach, takich jak moduły DIMM, lub też przylutowana do płytki PCB.
• GDDR (pamięć DDR dla grafiki):Są to również układy pamięci z komórkami SDRAM, oparte nawet na specyfikacji DDR. Zazwyczaj są one produkowane przez tych samych producentów, takich jak SK Hynix, Micron, Samsung itp. Jednak w tym przypadku będą one dostępne tylko dla GPU i będą się różnić od DDR, aby zaspokoić potrzeby GPU, które jest jednostką przetwarzającą o wyższym stopniu paralelizmu w porównaniu z CPU. Z drugiej strony, w tym przypadku będą one zawsze lutowane na płytce drukowanej.

W skrócie, główne różnice pomiędzy dwoma typami pamięci są:

Specyfikacjes	DDR	GDDR
Ancho de banda	Niski	Wysoki
Zużycie energii	Wysoki	Niski
Ogrzewanie	Wyższy	Opuść
Wydajność	Niski	Wysoki
Pojemność	Niski	Wysoki
Częstotliwość zegara	Niski	Wysoki
Koszt	Mniej	Więcej

Czym jest pamięć VRAM?

Zanim przejdziemy do omówienia wymaganej pojemności, konieczne jest zrozumienie, czym jest pamięć VRAM i jaką funkcję pełni w systemie. VRAM (pamięć wideo) To pamięć o swobodnym dostępie, podobna do pamięci RAM procesora, ale dedykowana procesorowi graficznemu (GPU). Pamięć ta przechowuje dane potrzebne do renderowania pikseli, tekstur, siatek i innych elementów bufora ramki na monitorze. Należy pamiętać, że w wielu systemach dostęp do pamięci VRAM nie jest możliwy w taki sam sposób jak do konwencjonalnej pamięci RAM, ponieważ nie jest ona mapowana ani widoczna dla programisty.

Należy pamiętać, że GPU również potrzebuje odbierać informacje z procesora, takich jak położenie obiektów i dane fizyczne do przetwarzania grafiki. Dlatego te niezbędne dane są również przechowywane w pamięci VRAM, a nie tylko wyniki.

Historia pamięci VRAM

Frederick Dill, Daniel Ling i Richard Matick To oni wynaleźli pamięć VRAM, pracując w centrum badawczym IBM. Jednak pamięć ta została opatentowana dopiero pięć lat później. Dopiero w 5 roku została po raz pierwszy zastosowana w komputerze komercyjnym, a konkretnie w karcie graficznej IBM PC RT.

Po premierze tego komputera koszty produkcji dwuportowej pamięci VRAM spadły, co pozwoliło innym producentom na wykorzystanie jej w swoich produktach akcelerujących grafikę lub kartach graficznych. Fakt ten był punkt przegięcia w świecie grafiki, ponieważ szybkość i jakość poprawiły się do dziś. Podejmowano jednak próby zastąpienia jej HBM, ale pamięć ta jest droższa i ma bardziej ograniczoną pojemność, co sprawiło, że nie odniosła sukcesu w świecie komputerów PC...

Rodzaje pamięci VRAM

W całej historii zdarzały się opracowano wiele różnych typów pamięci VRAM, Choć dziś wiele osób pamięta tylko najnowsze wersje, takie jak GDDR4, GDDR5 czy GDDR6.

• DŹWIĘKOWY: Pamięć SAM była rodzajem rejestru liniowego stosowanego w niektórych starszych kartach graficznych w celu przechowywania danych potrzebnych do konwersji sygnału cyfrowo-analogowego, niezbędnej do podłączenia starszych monitorów wyposażonych wyłącznie w porty analogowe.
• CDRAM (pamięć podręczna DRAM):Jest to pamięć graficzna łącząca cechy pamięci statycznej SRAM i dynamicznej DRAM, używana jako pamięć podręczna do przyspieszania grafiki. Pamięć ta była jednak droga, a jej pojemność ograniczona.
• MDRAM lub Multibank DRAM: to rodzaj szybkiej pamięci RAM stworzonej przez MoSys Inc. Pamięć ta jest podzielona na banki DRAM o pojemności 32 KB, co umożliwia indywidualny dostęp do każdego banku. Chociaż pamięć ta nie jest już obecnie używana, była kiedyś stosowana w niektórych urządzeniach, takich jak Hercules Dynamite 128, który miał 4 MB pamięci MDRAM.
• Pamięć VRAM RambusFirma Rambus opatentowała również nową magistralę przyspieszającą przepływ danych pomiędzy pamięcią VRAM a buforem ramki.
• Pamięć RAM 3DMitsubishi stworzyło tę kartę graficzną, która zawierała dodatkową logikę, taką jak ALU, umożliwiającą wykonywanie obliczeń na potrzeby testowania bufora Z. Karty te były używane w stacjach roboczych Sun Microsystems opartych na procesorach UltraSPARC.
• SGRAM (pamięć RAM grafiki synchronicznej):Podstawowo jest to pamięć VRAM bazująca na komórkach SDRAM o stosunkowo niskiej cenie produkcji, ale z tylko jednym portem dostępu, chociaż mogłaby działać jako pamięć dwuportowa, otwierając dwie strony pamięci jednocześnie.
• WRAM (pamięć RAM systemu Windows): Nie ma nic wspólnego z systemem operacyjnym; to po prostu kolejna wydajna pamięć VRAM z dwoma portami i dużą przepustowością. Była stosowana na przykład w kartach graficznych takich jak Number Nine Revolution 3D czy Matrox MGA Millennium.
• Rozszerzona lub współdzielona pamięć RAMPamięć współdzielona: Pamięć współdzielona jest używana, gdy GPU jest zintegrowane, jak wspomniałem wcześniej. Nie jest to dedykowana pamięć VRAM per se, ale karta DDR, z której GPU może korzystać wraz z CPU. W wielu przypadkach rozmiar przestrzeni zarezerwowanej dla GPU można zmodyfikować w BIOS-ie/UEFI.
• HBM (pamięć o dużej przepustowości)HBM to szybka pamięć, która została zaimplementowana w kartach graficznych AMD Radeon Fury. Chociaż oferowała lepszą wydajność niż GDDR, była droższa i miała ograniczoną pojemność. Z powodu tych wad AMD ostatecznie zdecydowało się na przejście na GDDR, chociaż HBM jest nadal wykorzystywana w sektorze obliczeń o wysokiej wydajności (HPC).
• GDDR (pamięć DDR dla grafiki)GDDR (Graphics Double Data Rate) to rodzaj pamięci DDR SDRAM zaprojektowanej specjalnie dla kart graficznych, która różni się od konwencjonalnej pamięci DDR krótszymi czasami dostępu i wyższymi częstotliwościami taktowania. Z biegiem czasu pojawiło się kilka generacji pamięci GDDR, takich jak GDDR3, GDDR4, GDDR5, GDDR6 i inne, z których każda charakteryzowała się większą szybkością i pojemnością.
• GDDRXPrzykładem jest pamięć GDDR6X używana przez firmę NVIDIA w najnowszych kartach graficznych. Jest to ulepszona wersja pamięci GDDR6, opracowana wspólnie z firmą Micron, która zapewnia większą wydajność. Jedną z najbardziej godnych uwagi cech jest wykorzystanie kodowania PAM4 dla magistrali danych zamiast NRZ, jak w przypadku konwencjonalnej pamięci GDDR6.

Teraz wiesz już trochę więcej na temat tego, czym jest pamięć VRAM, jakie są różnice między nią a pamięcią RAM itd. Kontynuujmy omawianie innych interesujących zagadnień...

Jak sprawdzić ile mam pamięci VRAM

Jeśli chcesz wiedzieć ile pamięci VRAM Jeśli masz kartę graficzną, możesz wykonać poniższe kroki, które wyjaśniam dla różnych systemów operacyjnych:

• Microsoft Windows Począwszy od 10:
  1. Otwórz ustawienia.
  2. W oknie przejdź do Systemu.
  3. Przejdź do ekranu.
  4. Następnie przejdź do Zaawansowanego wyświetlacza.
  5. Właściwości adaptera wskazują wiersz z dedykowaną pamięcią wideo.
• GNU/Linux (Ubuntu):
  1. Przejdź do Preferencji systemowych swojej dystrybucji.
  2. Kliknij Informacje o systemie.
  3. Następnie sprawdź informacje w sekcji Sprzęt. Tam będziesz mógł zobaczyć ilość pamięci.
• Apple MacOS:
  1. Kliknij ikonę jabłka w lewym górnym rogu.
  2. Następnie w menu rozwijanym wybierz opcję Informacje o tym Macintoshu.
  3. Sprawdź sekcję Grafika. Jeśli to Apple M-Series, pamiętaj, że będzie zunifikowany i współdzielony z pozostałymi układami SoC.

Użyj również narzędzia stron trzecich Aby poznać szczegóły i ilość pamięci VRAM w komputerze, polecam na przykład użycie GPU-Z firmy TechPowerUp Dostępne dla systemu Microsoft Windows. Po pobraniu aplikacji uruchom ją i sprawdź sekcję „Rozmiar pamięci” na karcie „Karta graficzna”.

Czy można zwiększyć pamięć VRAM?

Odpowiedź na to pytanie nie jest taka prosta, Każdy konkretny przypadek będzie musiał zostać przeanalizowanyMożesz na przykład kierować się tymi punktami:

• Masz Komputer z dedykowaną kartą graficzną lub dGPU:
  • Jeśli to komputer stacjonarny, konieczna będzie wymiana karty graficznej na wydajniejszą, aby rozszerzyć pamięć VRAM.
  • Jeśli to laptop z dedykowaną kartą graficzną, nie będzie można zmienić pojemności pamięci VRAM, ponieważ układy będą przylutowane do płyty głównej. Niektóre laptopy mają moduły typu MXM, w takim przypadku konieczna będzie również wymiana modułu karty na moduł wyższej jakości, choć zazwyczaj nie ma zbyt wielu opcji do wyboru.
• Jeśli masz Komputer stacjonarny lub laptop z procesorem graficznym iGPU Jeśli używasz procesora APU Intel lub AMD, albo innego zintegrowanego iGPU, takiego jak te stosowane w niektórych układach SoC ARM itp., możesz w niektórych przypadkach zmienić ilość pamięci RAM współdzielonej z GPU. Aby to zrobić, możesz skorzystać z kilku metod:
  • Niektóre systemy obsługują modyfikację współdzielonej pojemności pamięci RAM przydzielonej do procesora graficznego z poziomu BIOS-u/UEFI:
    1. Dostęp do menu Ustawienia.
    2. Następnie w zakładkach takich jak Funkcje zaawansowane, Chipset lub podobnych, w zależności od marki oprogramowania sprzętowego.
    3. W ramach konfiguracji graficznej, konfiguracji wideo lub podobnych.
    4. Poszukaj tam opcji, takich jak rozmiar pamięci VGA lub rozmiar pamięci VRAM, aby je zmodyfikować. Będzie to zależeć od ilości zainstalowanej pamięci RAM. Na przykład, przy 4 GB RAM możesz wykorzystać 512 MB, przy 8 GB – 1 GB, przy 16 GB – 2 GB na grafikę itd.
  • Można go również zmodyfikować z poziomu rejestru systemu Windows. Aby to zrobić, wykonaj następujące kroki:
    1. Naciśnij Windows + R.
    2. Wpisz regedit i naciśnij ENTER.
    3. Poszukaj wpisu HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Intel lub AMD (w zależności od przypadku).
    4. Kliknij prawym przyciskiem myszy na Intel lub AMD.
    5. Wybierz Nowy.
    6. Następnie klucz.
    7. Nazwij to GMM.
    8. Musisz użyć DedicatedSegmentSize i przypisać mu wartość dziesiętną. Określa ona ilość pamięci, którą chcesz przeznaczyć.
    9. Na koniec należy ponownie uruchomić system.
• Jeśli masz Mac z dedykowanym procesorem graficznym:
  • Jeśli jest to AMD lub NVIDIA (w starszych modelach), zawsze możesz wymienić kartę graficzną na obsługiwany model z większą ilością pamięci VRAM, o ile jest ona dostępna.
  • Jeśli jest to MacBook z dedykowanym procesorem graficznym, nie można go wymienić, ponieważ jest on przylutowany do płyty głównej, jak ma to miejsce w przypadku innych laptopów.
• Jeśli masz Mac z iGPU
  • Jeśli jest to układ Intel iGPU, nie można zwiększyć ilości pamięci przeznaczonej na grafikę.
  • Jeśli masz Apple M-Series, również nie będziesz mógł tego zmienić, ponieważ ma on zunifikowaną pamięć i jest przeznaczona dla zakupionego modelu SoC.
• Możesz również skorzystać z Zewnętrzny procesor graficzny, ponieważ obsługują je niektóre systemy laptopów, a ten eGPU ma większą pamięć VRAM, podobnie jak te, które łączą się przez Thunderbolt.
• W przypadku komputerów stacjonarnych istnieje alternatywa w postaci użycia konfiguracja multi-GPU, jeśli masz wolne gniazdo PCIe x16, możesz dodać drugą kartę graficzną i pozwolić im ze sobą współpracować.

Jak oblicza się wymaganą pamięć na podstawie rozdzielczości?

Możesz być tego świadomy ilość pamięci VRAM Wymagany dla każdej rozdzielczości ekranu, ale czy wiesz, jak się go oblicza? Typowym przykładem jest obliczenie rozmiaru bufora ramki wymaganego dla rozdzielczości FullHD 1920x1080 pikseli i 32-bitowej głębi kolorów:

• 1920×1080 = 2073600 pikseli na ekranie
• 2073600 x 32-bity = 66355200 bitów
• 66355200 / 8 = 8294400 bajtów
• 8294400 / 1024 = 8100 KB
• 8100 / 1024 = 7,9 MB

To prawda, że ​​z 8 MB pamięci VRAM Pojedynczy obraz mógłby być wyświetlany w rozdzielczości Full HD, ale to nie wystarczy do dynamicznej grafiki w świecie rzeczywistym. Potrzebne są większe pojemności, ponieważ konieczne jest przechowywanie wielu innych wartości i kopii tekstur renderowania. Co więcej, podwójne lub potrójne kopie danych mogą wymagać jeszcze większej pojemności. Dlatego obecne pojemności pamięci VRAM są niezbędne do zapewnienia optymalnej wydajności grafiki i płynnego grania. Procesor graficzny (GPU) może również przechowywać wewnętrzne i przetworzone kopie tekstur renderowania, aby uniknąć powtarzania wysyłania tekstur przez procesor.

Ilość pamięci VRAM, jaką posiadasz na swojej karcie graficznej, to niezbędne do osiągnięcia dobrej wydajności w grach wideo i aplikacjach graficznychDzieje się tak, ponieważ ilość dostępnej pamięci decyduje o jakości obrazu, czasie ładowania i obsługiwanych rozdzielczościach. Jeśli karta graficzna nie ma wystarczającej ilości pamięci VRAM, szybko się zapełni, co spowoduje znaczny spadek wydajności. Wielu twierdzi, że 4 GB pamięci VRAM wystarcza do uruchomienia gier AAA w rozdzielczości 1080p, podczas gdy 8 GB jest wymagane do rozdzielczości UHD. Jednak to stwierdzenie okazało się obecnie mniej prawdziwe.

Więc: ile pamięci VRAM potrzebuję?

Ogólnie rzecz biorąc, należy przestrzegać poniższych wytycznych dotyczących ilości pamięci VRAM potrzebnej do gier i użytku osobistego:

• 2 GB dla tytułów w rozdzielczości 720p.
• 4 GB dla tytułów działających w rozdzielczości 1080p.
• 6 GB do gier w rozdzielczości 1440p.
• 8 – 12 GB dla 2160p lub 4K.

Jeśli szukasz karty graficznej do zastosowań profesjonalnych, takich jak renderowanie, edycja itp., zalecane pojemności to:

• 8 GB dla rozdzielczości 720p–1080p.
• 16 GB dla 4K.
• 32–64 GB dla 8K, do użytku komercyjnego.

Czy to są dokładne liczby?

Jak zapewne wiecie, w nowych generacjach kart graficznych zdecydowano się na umieszczenie co najmniej 8 GB pamięci VRAM W niektórych przypadkach wywołuje to jednak poruszenie wśród użytkowników sieci, którzy narzekają, że gra nie wystarcza do grania w najnowsze tytuły AAA przy wysokich ustawieniach graficznych, nawet w rozdzielczości 1080p lub Full HD.

Powodem tych obaw i tym, że minimalna ilość 8 GB jest myląca, jest wymagana pojemność To nie będzie zależeć tylko od rozdzielczości jak myślałeś. Wpływ mają również inne aspekty, takie jak

• Rodzaj gry wideo:Każdy tytuł AAA może wymagać większej lub mniejszej pojemności pamięci VRAM w zależności od takich czynników, jak optymalizacja, realizm grafiki itp.
• ustawienia graficzne:ponieważ w zależności od konfiguracji lub jakości wybranej przez użytkownika, ilość używanej pamięci VRAM może się zwiększać lub zmniejszać.
• Silniki graficzne lub silniki gierW miarę jak gry stają się coraz bardziej zaawansowane i oferują coraz bardziej realistyczną grafikę, rośnie zapotrzebowanie na pamięć VRAM. Przykładem jest słynny silnik Unreal Engine 5, który do płynnego działania wymaga nieco ponad 8 GB.

Obecnie 12 GB to prawdopodobnie nowe 8 GB. Dlatego najlepiej jest kupić kartę graficzną z co najmniej 12 GB.

W przyszłości twórcy gier wideo Firmy, chcąc dotrzeć do szerszego grona odbiorców z kartami graficznymi z zaledwie 8 GB pamięci VRAM, staną przed poważnym wyzwaniem, ponieważ uruchamianie nowych tytułów na tych kartach będzie coraz trudniejsze, nawet po ich zoptymalizowaniu. Wynika to z faktu, że obecna jakość grafiki i nowe technologie graficzne wymagają coraz większej ilości danych przechowywanych w pamięci VRAM, co zwiększa jej zużycie miejsca. Pamięć VRAM przechowuje nie tylko tekstury, ale także siatki, shadery, bufory ramki i inne dane niezbędne do renderowania sceny, takie jak obiekty, wartości shaderów i informacje o oświetleniu.

Mam nadzieję, że teraz jest dla Ciebie jaśniejsze, czym jest pamięć VRAM, do czego służy i ile jej powinieneś mieć...