Видеопамять

Видеопамять также является частью современных видеокарт. Подробнее см. в статье «Графическая плата».

Видеопа́мять — это внутренняя оперативная память, отведённая для хранения данных, которые используются для формирования изображения на экране монитора.

Видеопамять относится к названиям англ. video memory, video Random-Access Memory (video RAM, VRAM — оперативная видеопамять, видео ОЗУ, видео RAM), video buffer — видеобуфер, refresh RAM — память регенерации, display memory — память дисплея, graphics memory, video storage, а также к названиям различных типов памяти. Термин «VRAM» иногда означает технологию двухпортовой DRAM, использовавшуюся в 1980-х годах.

В видеопамяти располагаются данные, отсылаемые затем на экран как изображение. При работе в текстовом режиме в видеопамяти находятся коды и атрибуты символов, в графическом режиме — битовая карта. Часть видеопамяти, используемая под изображение для вывода на экран называется буфером (кадра) изображения (frame buffer). В текстовом режиме изображение состоит из символьной матрицы и область видеопамяти под него называется видеостраницей (video page). В обычном представлении процессор записывает данные в буфер изображения, после чего его считывает видеоконтроллер. Характеристиками видеопамяти являются её объём (memory size (МБайт, ГБайт)), тип (memory type), разрядность шины памяти (memory interface width, memory bus width (бит)), и тактовая частота (frequency, memory clock speed (МГц, ГГц)). Пропускная способность (memory bandwidth (Гбайт/с)) вычисляется произведением разрядности шины на тактовую частоту.

GDDR5 имеет несколько обозначений частоты: опорная, реальная и эффективная. На опорной частоте (core clock) работают транзисторы в чипах памяти. Реальная — частота шины (I/O bus clock) на которой работают буферы чипов памяти и буферы контроллера памяти, она в два раза больше опорной. Эффективная — по технологии DDR скорость передачи данных в два раза больше частоты шины. Пропускная способность определяется по формуле (частота x разрядность / 8) x множитель, где 8 переводит биты в байты, множитель 2 для GDDR3, 4 для GDDR5. Скорость памяти (memory speed) также обозначают в битах в секунду (Gbps, Гбит/с) показывая скорость одной линии (пина) в чипе. Например, на видеокарте 8 чипов памяти, в одном чипе GDDR5 32 линии на 8 Gbps каждая, тогда 8x32x8 даст общую пропускную способность в 2048 Гбит/с или 256 ГБайт/с.

Видеопамять используется для временного хранения, помимо непосредственно буфера изображения, и другие: текстуры, шейдеры, полигональные сетки, вершинные буферы, Z-буфер (удалённость элементов изображения в 3D-графике), и тому подобные данные графической подсистемы (за исключением, по большей части данных Video BIOS, внутренней памяти графического процессора и т. п.) и коды. При этом в видеопамяти может содержаться как непосредственно растровый образ изображения (экранный кадр), так и отдельные фрагменты как в растровой (текстуры), так и в векторной (многоугольники, в частности треугольники) формах. Программы для мониторинга, например RivaTuner и MSI AfterBurner, могут показывать объём используемой видеопамяти. Программы-просмотрщики (VRAM Viewer) позволяют определять точное местоположение, просматривать и сохранять графические элементы из видеопамяти, например в эмуляторах.

Смотреть:
Шонин, Георгий Степанович

Процессор осуществляет запись по необходимости, а монитор обращается к ней непрерывно. При обновлении буфера в моменты, когда предыдущее изображение отрисовано на дисплее не до конца, появляется артефакт разрыва изображения (tearing). Для более равномерного обновления буфера используют вертикальную синхронизацию.

Типы видеопамяти: FPM DRAM, VRAM, WRAM, EDO DRAM, SDRAM, MDRAM, SGRAM, DDR, DDR-II SDRAM, RDRAM, DRAM, CDRAM, Burst EDO, 3D RAM, Embedded RAM, FeRAM, DRDRAM, DDR SDRAM, ESDRAM, FCRAM, MRAM, GDDR3, GDDR5, HBM. VRAM, WRAM — двухпортовая DRAM (двухпортовое видео-ОЗУ) позволяющая одновременно выполнять запись и чтение данных.

Производители видеокарт не изготавливают VRAM самостоятельно, а закупают её. Некоторые известные производители VRAM — Samsung, Micron, Elpida Memory и Hynix.

Видеопамять располагается на видеоадаптере или выделяется как часть от оперативной памяти. Как правило, чипы оперативной памяти современной видеокарты припаяны прямо к текстолиту печатной платы, в отличие от съёмных модулей системной памяти, которые вставляются в стандартизированные разъёмы ранних видеоадаптеров.

Унифицированная архитектура памяти en:Unified Memory Architecture (UMA) использует часть оперативной памяти как видеопамять. Под этим названием в разное время появлялись решения разных разработчиков. В технологии AGP-текстурирования графический процессор мог обращаться, помимо собственной памяти видеокарты, к файлам в оперативной памяти. В решениях Intel для встроенной графики объём видеопамяти выделяется динамически (Intel Dynamic video memory technology, DVMT) до половины системной памяти или меньше, а UEFI позволяет настраивать максимальный размер видеопамяти и апертуру. В решениях Nvidia и Apple графическая и системная память используют общее адресное пространство.

Для совместимости с 32-битными ОС объём VRAM, напрямую доступной CPU через PCI, был ограничен 256 Мбайтами. В 2008 году в стандарт PCI Express 3.0 была добавлена технология Resizable BAR, которая обеспечивает доступ ко всему объёму видеопамяти. В AMD технология называлась Smart Access Memory (SAM).

Технологии Microsoft DirectStorage API и RTX IO позволяют загружать данные из NVMe SSD напрямую в VRAM без использования CPU и системной памяти.

Разгон VRAM возможен через изменение параметров в BIOS видеокарты или используя специальные утилиты настройки видеокарты. Некоторые производители разрабатывают такие утилиты для собственных видеокарт, предоставляя возможность как ручного, так и автоматического разгона основанного на алгоритмах разработчика. Настройки VRAM позволяют кастомизировать тактовые частоты памяти и напряжения, а также тайминги для уменьшения задержек. В кастомизированных режимах работы ей требуется адекватный контроль и отвод тепла. В некоторых чипах GDDR встроены датчики температуры для защитных механизмов (downclocking). Micron для GDDR5, GDDR5X и GDDR6 указывает maximum junction temperature в 100°С.

При изготовлении видеокарт уже достаточно давно используется память GDDR3. На смену ей пришла GDDR4, которая имеет более высокую пропускную способность, чем GDDR3; однако GDDR4 не получила широкого распространения вследствие плохого соотношения «Цена-производительность» и ограниченно использовалась лишь в некоторых видеокартах верхнего ценового сегмента (например Radeon X1950XTX, HD 2900 XT, HD3870). Далее появилась память GDDR5, которая по состоянию на 2012 год является наиболее массовой, GDDR3 используется в бюджетном сегменте. В 2018 году в топовых видеокартах устанавливается память типа HBM и HBM2, GDDR5X и GDDR6. По статистике Steam в 2018 году 2GB VRAM было у 32 % их игроков, 4GB — 19 % и 1GB — 17 %. В системных требованиях к играм часто указывают необходимый объём VRAM для разных уровней настроек. При использовании ресурсоёмких настроек или ошибках в играх иногда возникает ошибка «ran out of video memory».

Смотреть:
Паевой инвестиционный фонд

Также видеопамять отличается от «обычной» системной ОЗУ более жёсткими требованиями к ширине шины.

Графическая шина данных — это магистраль, связывающая графический процессор и память видеокарт.

Полоса пропускания шина данных видеопамяти бывает:

  • 32-битной.
  • 64-битной.
  • 128-битной.
  • 192-битной. (нестандартная шина памяти)
  • 256-битной.
  • 320-битной. (нестандартная шина памяти)
  • 384-битной. (нестандартная шина памяти)
  • 448-битной. (нестандартная шина памяти)
  • 512-битной.
  • 768-битной. (нестандартная шина памяти)
  • 896-битной. (нестандартная шина памяти)
  • 1024-битной.
  • 2048-битной (только HBM-память)
  • 3072-битной (только HBM2-память)
  • 4096-битной (только HBM2-память)

Имеет значение соотношение количества памяти, её типа и ширины шины данных: 512 МБ DDR2, при ширине шины данных в 128 бит, будет работать медленнее и гораздо менее эффективно, чем 256 МБ GDDR3 при ширине шины в 128 бит и т. п. По понятным причинам, 256 МБ GDDR3 с шириной шины 256 бит лучше, чем 256 МБ GDDR3 с шириной шины в 128 бит и т. п.

Также стоит учитывать, что из-за относительно невысокой стоимости видеопамяти многие производители видеокарт устанавливают избыточное количество видеопамяти (4, 6 и 8 Гбайт) на слабые видеокарты с целью повышения их маркетинговой привлекательности.

Требования операционных систем и компьютерных игр возрастают с течением времени; так, например, чтобы играть комфортно в наиболее современные игры на высоких настройках:

  • на период 2008—2009 года требовалось порядка 512 МБ (и более) GDDR3 256 бит или 2 ГБ (и более) DDR2(3),
  • на период 2010 года требовалось порядка 768 МБ (и более) GDDR4 320 бит или 3 ГБ (и более) DDR3,
  • на период 2011 года требовалось порядка 1024 МБ (и более) GDDR5 256 бит или 3-4 ГБ (и более) DDR3.
  • на период 2014 года требовалось порядка 3072 МБ (и более) GDDR5 256 бит
  • на период 2015 года требовалось порядка 4096 МБ (и более) GDDR5 256 бит
  • на период 2017 года требовалось порядка 6144 МБ (и более) GDDR5 256 бит
  • на период 2018 года требуется порядка 8192 МБ (и более) GDDR5 256 бит
  • на период 2020 года требуется порядка 8192 МБ (и более) GDDR6 256 бит

Объём памяти большего количества современных видеокарт варьируется от 256 МБ (например, AMD Radeon HD 4350) до 48 ГБ (например, NVIDIA Quadro RTX 8000). Поскольку доступ к видеопамяти GPU и другими электронным компонентами должен обеспечивать желаемую высокую производительность всей графической подсистемы в целом, используются специализированные высокоскоростные типы памяти, такие, как SGRAM, двухпортовые (англ. dual-port) VRAM, WRAM, другие. Приблизительно с 2003 года видеопамять, как правило, базировалась на основе DDR технологии памяти SDRAM, с удвоенной эффективной частотой (передача данных синхронизируется не только по нарастающему фронту тактового сигнала, но и ниспадающему). И в дальнейшем DDR2, GDDR3, GDDR4, GDDR5 и на момент 2016 года GDDR5X. С выходом серии высокопроизводительных видеокарт AMD Fury совместно с уже устоявшейся на рынке памятью GDDR начала использоваться память нового типа HBM, предлагая значительно большую пропускную способность и упрощение самой платы видеокарты, за счёт отсутствия необходимости разводки и распайки чипов памяти. Пиковая скорость передачи данных (пропускная способность) памяти современных видеокарт достигает 480 ГБ/с для типа памяти GDDR5X (например, у NVIDIA TITAN X Pascal) и 672 ГБ/с для типа памяти GDDR6 (например, у TITAN RTX).

Смотреть:
60-е годы до н. э.

Литература

  • ITL Education Solutions Limited. Introduction to Computer Science, 2/e. — Pearson Education India, 2011. — С. 121—122. — 536 с. — ISBN 978-81-317-6030-7.
  • Miuller S. Модернизация и ремонт ПК, 15-е юбилейное издание. — Вильямс, 2005. — С. 430—432. — 1340 с. — ISBN 978-5-8459-0623-6.
  • Mapping Virtual Addresses to a Memory Segment — Windows drivers (англ.). docs.microsoft.com. Дата обращения: 24 февраля 2021.
  • Фролов А. В. 5.2. Видеопамять // Программирование видеоадаптеров CGA, EGA и VGA. — М.: Диалог-МИФИ, 1994. — 287 с. — ISBN 5-86404-027-4.
  • Micron. TN-ED-03: GDDR6: The Next-Generation Graphics DRAMIntroduction (англ.).

См. также

  • Видеокарта
  • Графический процессор
  • Видеоконтроллер
  • Контроллер памяти
  • ATI HyperMemory
  • Список графических процессоров Nvidia
  • en:Planar (computer graphics) (4 color planes)
  • en:DirectDraw

Примечания

Ссылки

  • Алексей Берилло, Руководство покупателя видеокарты: выбор объёма видеопамяти // iXBT.com, 28 сентября 2012 года
  • Video Memory Management and GPU Scheduling — Windows drivers (англ.). docs.microsoft.com. Дата обращения: 24 февраля 2021.
  • Microsoft стандартизует огромные объемы видеопамяти (неопр.). composter.com.ua (20 апреля 2016). Дата обращения: 24 февраля 2021.
  • Сколько видеопамяти необходимо современным играм (рус.). 3DNews — Daily Digital Digest (15 мая 2019). Дата обращения: 25 февраля 2021.


Error: 404 Not Found.

Error: 404 Not Found.

Error: 404 Not Found.

Error: 404 Not Found.

Error: 404 Not Found.

Error: 404 Not Found.

Error: 404 Not Found.

Поделиться ссылкой: