Videominne är ett internt RAM -minne som allokerats för att lagra data som används för att skapa en bild på skärmen [1] .
Videominne hänvisar till namn på engelska. videominne , videoslumpmässigt åtkomstminne ( video-RAM , VRAM - video-RAM, video-RAM [2] , video-RAM [3] ), [4] videobuffert - videobuffert, uppdatera RAM - regenereringsminne [5] , displayminne - displayminne, grafikminne , videolagring [6] samt namnen på olika typer av minne. Termen "VRAM" syftar ibland på DRAM-tekniken med dubbla portar som användes på 1980-talet.
Videominnet innehåller data som sedan skickas till skärmen som en bild. När du arbetar i textläge innehåller videominnet koder och attribut för tecken, i grafikläge - en bitmapp [5] . Den del av videominnet som används för att visa bilden på skärmen kallas bild ( frame) buffer ( frame buffer ) [7] . I textläge består bilden av en teckenmatris och området för videominnet för den kallas en videosida ( videosida ) [8] . I normalvyn skriver processorn data till bildbufferten, varefter den läses av videostyrenheten . Videominnets egenskaper är dess volym (minnesstorlek (MB, GB)), typ (minnestyp), minnesbussbredd (minnesgränssnittsbredd, minnesbussbredd (bit)) och klockfrekvens (frekvens, minnesklockhastighet ( MHz, GHz )) [8] . Bandbredd ( minnesbandbredd (GB/s)) beräknas genom att multiplicera bussbredden med klockfrekvensen [8] .
GDDR5 har flera frekvensbeteckningar: referens, verklig och effektiv. Vid referensfrekvensen (kärnklocka) fungerar transistorer i minneschips. Den verkliga är bussfrekvensen (I/O-busklockan) vid vilken buffertarna för minneschipsen och minnesstyrenhetens buffertar fungerar, den är två gånger referensfrekvensen. Effektiv - med DDR-teknik är dataöverföringshastigheten dubbelt så stor som bussfrekvensen. [9] Bandbredd definieras som (frekvens x bitdjup / 8) x multiplikator, där 8 omvandlar bitar till byte, multiplikator 2 för GDDR3, 4 för GDDR5 [10] . Minneshastigheten anges också i bitar per sekund (Gbps, Gb/s) som visar hastigheten för en linje (stift) i chipet. Till exempel, på ett grafikkort finns det 8 minneschips, i ett GDDR5-chip finns det 32 linjer på 8 Gbps vardera, då kommer 8x32x8 att ge en total bandbredd på 2048 Gb/s eller 256 GB/s [11] .
Videominne används för temporär lagring, förutom själva bildbufferten och andra: texturer , shaders , polygonmaskor , vertexbuffertar , Z-buffert (avstånd för bildelement i 3D-grafik ) och liknande data från grafikundersystemet ( med undantag, för det mesta video-BIOS-data, GPU-internminne, etc.) och koder. Samtidigt kan videominnet innehålla både en rasterbildsbild (skärmram) och individuella fragment i både raster (texturer) och vektorformer ( polygoner , särskilt trianglar ). Övervakningsprogram som RivaTuner och MSI AfterBurner kan visa mängden videominne som används, Intel VTune övervakar GPU:ns läs- och skrivminnesbandbreddsanvändning. Viewer- program ( VRAM Viewer ) låter dig bestämma den exakta platsen, visa och spara grafiska element från videominnet, till exempel i emulatorer.
För att minska mängden VRAM som används kan applikationsutvecklare välja hur texturer lagras i VRAM. Utöver beskrivningen av 32-bitars pixlar i RGBA8, används 16-bitars (RGB5_A1, RGBA4) och 8-bitars (RGBA2) beskrivningar eller komprimering (till exempel finns det hårdvarustöd för S3TC ). Trunkerade filformat försämrar kvaliteten och artefakter visas under komprimering. Sprites packas tätt i en texturatlas ( problem med containerpackning ). Flera texturer representeras som en textur med en palett . När du använder resurskrävande inställningar eller fel i spel, uppstår ibland ett fel som "har slut på videominne" [12] . DirectDrawtillåter applikationsutvecklare direktåtkomst till VRAM.
Processorn skriver efter behov, och monitorn kommer åt den kontinuerligt [8] . Vid uppdatering av bufferten vid de tillfällen då den föregående bilden inte är helt ritad på displayen eller när man använder mer videominne än vad som är fysiskt tillgängligt [13] , visas en bildrivningsartefakt ( rivning , stamning ) [14] . För en mer enhetlig buffertuppdatering används vertikal synkronisering [14] .
Unified Memory Architecture ( UMA ) använder en del av RAM-minnet som videominne. Under detta namn dök lösningar från olika utvecklare upp vid olika tidpunkter. I AGP -textureringstekniken kunde grafikprocessorn, förutom grafikkortets eget minne, komma åt filer i RAM-minnet. Intels integrerade grafiklösningar allokerar dynamiskt videominne [15] [16] (Intel Dynamic videominnesteknologi , DVMT) till hälften [17] systemminne eller mindre [18] , och UEFI låter dig konfigurera den maximala videominnets storlek och bländare [ 19] . I Nvidias och Apples lösningar delar grafik och systemminne ett gemensamt adressutrymme [20] . 2004 använde ATI och Nvidia HyperMemory och TurboCache för att göra grafikkort billigare.
Microsoft DirectStorage API och RTX IO-teknologier låter dig ladda data från en NVMe SSD direkt till VRAM utan att använda CPU och systemminne. [21]
Nvidia SLI -kortsammanslagningstekniken fördubblade inte mängden VRAM, eftersom data duplicerades mellan VRAM:erna på de två korten. I början anpassades ett kort med stor volym till ett kort med mindre och överskottsvolymen användes inte. Sedan 100.xx-versionen av drivrutinerna kombinerades endast kort med samma mängd minne i SLI.
VRAM- överklockning är möjlig genom att ändra parametrarna i BIOS på grafikkortet [22] eller genom att använda speciella verktyg för grafikkortsinställning. Vissa tillverkare utvecklar sådana verktyg för sina egna grafikkort, vilket ger både manuella och automatiska överklockningsalternativ baserade på algoritmer av utvecklaren. VRAM-inställningar gör att du kan anpassa minnes klockhastigheter och spänningar, samt timings för att minska latensen. [23] I anpassade driftlägen kräver det adekvat kontroll och värmeavledning. Vissa GDDR-chips har inbyggda temperatursensorer för skyddsmekanismer ( nedklockning ). Micron för GDDR5, GDDR5X och GDDR6 anger en maximal korsningstemperatur på 100°C. [24] [25]
På 1970-talet innehöll videominnet textlägesdata . Efter billigare minneschip blev det möjligt att lagra grafik i pixlar i videominnet. På 80- och 90-talen växte mängden VRAM som placerades på grafikadaptrar snabbt.
1981 hade MDA 4 KB VRAM och CGA - 16 KB, Intel iSBX 275 1983 - 32 KB, ATI Graphics Solution Rev 3 1986 - 64 KB, VGA 1986 - 256 KB, NV1 under 1995 - 2 MB , RIVA 128 1997 - 4 MB, RIVA TNT 1998 - 16 MB, GeForce 256 1999 - 32 MB. I slutet av 2000-talet nådde volymen 2 GB. År 2000 innehöll grafikkort huvudsakligen 64 MB (Radeon 7500 - 128 MB), 2001-256 MB, 2005-512 (GeForce 6600), 2007-1024 MB (GeForce 8600 GT), 2008-2048 MB (4048 MB). År 2015 nådde volymen 8 GB. Under 2011 - 3072 MB (GeForce GT 440), 2012 - 4096 MB (GeForce GTX 670), 2013 - 6144 MB (GeForce GTX Titan), 2014 - 8192 MB (Radeon R9 290X). Även om toppmodellen av grafikkortet 2015 kom ut med 12 GB VRAM (GeForce Titan X), 2018 - 24 GB (Titan RTX) och 32 GB (Titan V CEO), år 2020, de flesta av de släppta grafikkorten erbjuds 2-8 GB VRAM.
I professionella versioner av grafikkort läggs vanligtvis mer videominne till. På 1980-talet hade IBM Professional Graphics Controller 320 KB med 40 64 KB DRAM-chips. 2020 hade Quadro RTX 8000 48 GB, och med kortbindning via NVLink expanderar den till 96 GB.
Videominnestyper [26] : FPM DRAM (1990), VRAM , WRAM (1995), EDO DRAM (1995), SDRAM, MDRAM, SGRAM , DDR2 SDRAM , [27] RDRAM , DRAM, CDRAM, Burst EDO, 3D RAM, Inbäddat RAM, FeRAM , DRDRAM , DDR SDRAM (DDR), ESDRAM, FCRAM , MRAM [28] , GDDR (2000), GDDR2 (2003), GDDR3 (2004), GDDR4 (2006), GDDR5 (2008) [ 29 ] [30] , GDDR6 (2017), HBM (2013), HBM2 (2016). Typer VRAM, WRAM - dual-port DRAM (dual-port video RAM) som låter dig skriva och läsa data samtidigt [4] [7] [27] .
För kompatibilitet med 32-bitars operativsystem [31] begränsades mängden VRAM direkt tillgänglig för CPU:n via PCI till 256 MB. 2008 lades Resizable BAR-tekniken till PCI Express 3.0-standarden, som ger tillgång till hela mängden videominne. [32] [33] AMD kallade tekniken Smart Access Memory (SAM).
Vid tillverkning av grafikkort har GDDR3- minne använts ganska länge . Den ersattes av GDDR4 , som har högre bandbredd än GDDR3; dock användes GDDR4 inte i stor utsträckning på grund av dess dåliga pris-prestanda-förhållande och användes endast i begränsad utsträckning i vissa avancerade grafikkort (t.ex. Radeon X1950XTX, HD 2900 XT, HD3870). Sedan kom GDDR5-minnet , som från och med 2012 är det mest massiva, GDDR3 används i budgetsegmentet. Under 2018 är top-end grafikkort utrustade med HBM och HBM2, GDDR5X och GDDR6 minne. Enligt Steams statistik 2018 hade 32 % av deras spelare 2GB VRAM, 19 % hade 4GB och 17 % hade 1GB [34] . Systemkraven för spel indikerar ofta den nödvändiga mängden VRAM för olika nivåer av inställningar [35] .
Minneskapaciteten för de flesta moderna grafikkort sträcker sig från 256 MB (till exempel AMD Radeon HD 4350 ) [36] till 48 GB (till exempel NVIDIA Quadro RTX 8000 ) [37] . Eftersom åtkomst till GPU-videominne och andra elektroniska komponenter måste ge önskad hög prestanda för hela grafiska delsystemet som helhet, används specialiserade höghastighetsminnestyper, såsom SGRAM , VRAM med dubbla portar , WRAM och andra . Sedan cirka 2003 var videominne som regel baserat på DDR -tekniken för SDRAM-minne , med dubbelt så effektiv frekvens (dataöverföring synkroniseras inte bara på den stigande kanten av klocksignalen, utan också på den fallande kanten). Och i framtiden DDR2 , GDDR3 , GDDR4 , GDDR5 och vid tiden för 2016 [38] GDDR5X . I och med lanseringen av AMD Fury-serien med högpresterande grafikkort, tillsammans med det redan väletablerade GDDR -minnet på marknaden , började en ny typ av HBM- minne användas , som erbjuder betydligt högre bandbredd och förenklar själva grafikkortet, på grund av frånvaron av behov av ledningar och avlödning av minneschips. Den maximala dataöverföringshastigheten (bandbredden) för minnet på moderna videokort når 480 GB / s för minnestypen GDDR5X (till exempel NVIDIA TITAN X Pascal [39] ) och 672 GB / s för GDDR6-minnestypen (till exempel , TITAN RTX [40] ).
Videominne finns på videoadaptern eller tilldelas som en del av RAM-minnet [41] . Som regel löds RAM-chipsen på ett modernt grafikkort direkt på textoliten på kretskortet, till skillnad från flyttbara systemminnesmoduler som sätts in i de standardiserade kontakterna på tidiga videoadaptrar.
Ett separat grafikkort med eget minne. Data kopieras över PCI Express-bussen
Enkelt grafikkort med delat minne en:Heterogeneous System Architecture . Pekare skickas genom PCI Express vilket gör det möjligt att kopiera noll .
Integrerat grafikkort tilldelat systemminne
Integrerad grafik med delat minne (HSA)
Videominne skiljer sig från "vanligt" system-RAM i strängare krav på bussbredd. Grafikdatabussen är en stomme som kopplar ihop grafikprocessorn och minnet på grafikkort.
Videominnets databussens bandbredd är:
Förhållandet mellan mängden minne, dess typ och databussbredd spelar roll: 512 MB DDR2 , med en databussbredd på 128 bitar, kommer att fungera långsammare och mycket mindre effektivt än 256 MB GDDR3 med en bussbredd på 128 bitar, etc. skäl, 256MB GDDR3 med en 256bit buss är bättre än 256MB GDDR3 med en 128bit buss, etc.
Grafikkortstillverkare tillverkar inte VRAM själva, utan köper det. Några anmärkningsvärda VRAM-tillverkare är Samsung , Micron , Memory och Hynix . [42] Designern av ett grafikkort tillhandahåller flera konfigurationer i designen och överlåter typ, antal och placering av komponenter på kortet till valet av tillverkare. På olika modeller av samma referensvideokortdesign kan ett annat antal minneschips av de medföljande typerna installeras, och de kan också placeras både på toppen och på undersidan av kortet.
Det är också värt att tänka på att på grund av den relativt låga kostnaden för videominne installerar många grafikkortstillverkare en överdriven mängd videominne (4, 6 och 8 GB) på svaga grafikkort för att öka sin marknadsföringsattraktionskraft. På grafikkort placeras minneschips vanligtvis runt videoprocessorn för att ta bort värme från dem med en kylare som delas med processorn .
| Typer av Dynamic Random Access Memory (DRAM) | |
|---|---|
| asynkron | |
| Synkron | |
| Grafisk | |
| Rambus | |
| Minnesmoduler | |