Videopaměť je vnitřní paměť RAM určená pro ukládání dat, která se používají k vytvoření obrazu na obrazovce monitoru [1] .
Videopaměť odkazuje na názvy v angličtině. video paměť , video paměť s náhodným přístupem ( video RAM , VRAM - video RAM, video RAM [2] , video RAM [3] ), [4] video buffer - video buffer, refresh RAM - regenerační paměť [5] , paměť displeje - paměť displeje, grafická paměť , úložiště videa [6] , stejně jako názvy různých typů pamětí. Termín "VRAM" někdy odkazuje na dvouportovou DRAM technologii používanou v 80. letech.
Videopaměť obsahuje data, která jsou poté odeslána na obrazovku jako obrázek. Při práci v textovém režimu obsahuje videopaměť kódy a atributy znaků, v grafickém režimu - bitmapa [5] . Část videopaměti používaná pro zobrazení obrazu na obrazovce se nazývá obrazová ( frame ) buffer ( frame buffer ) [7] . V textovém režimu se obrázek skládá z matice znaků a oblast video paměti pro něj se nazývá stránka videa (stránka videa ) [8] . V normálním zobrazení procesor zapisuje data do obrazové vyrovnávací paměti, načež je přečte grafický řadič . Charakteristiky video paměti jsou její objem (velikost paměti (MB, GB)), typ (typ paměti), šířka paměťové sběrnice (šířka paměťového rozhraní, šířka paměťové sběrnice (bit)) a taktovací frekvence (frekvence, frekvence paměti ( MHz, GHz)) [8] . Šířka pásma ( šířka pásma paměti (GB / s)) se vypočítá vynásobením šířky sběrnice hodinovou frekvencí [8] .
GDDR5 má několik frekvenčních označení: referenční, reálná a efektivní. Na referenční frekvenci (takty jádra) pracují tranzistory v paměťových čipech. Skutečná je frekvence sběrnice (takty I/O sběrnice), na které pracují vyrovnávací paměti paměťových čipů a vyrovnávací paměti paměťového řadiče, je to dvojnásobek referenční frekvence. Efektivní – s technologií DDR je rychlost přenosu dat dvojnásobná oproti frekvenci sběrnice. [9] Šířka pásma je definována jako (frekvence x bitová hloubka / 8) x multiplikátor, kde 8 převádí bity na bajty, multiplikátor 2 pro GDDR3, 4 pro GDDR5 [10] . Rychlost paměti je také udávána v bitech za sekundu (Gbps, Gb/s) ukazující rychlost jedné linky (pinu) v čipu. Například na grafické kartě je 8 paměťových čipů, v jednom čipu GDDR5 je 32 řádků po 8 Gbps, pak 8x32x8 poskytne celkovou šířku pásma 2048 Gb/s nebo 256 GB/s [11] .
Videopaměť se používá k dočasnému ukládání, kromě samotného obrazového bufferu a dalších: textury , shadery , polygonové sítě , vertex buffery , Z-buffer (vzdálenost obrazových prvků ve 3D grafice ) a podobná data grafického subsystému ( s výjimkou většinou video dat BIOSu, interní paměti GPU atd.) a kódů. Videopaměť přitom může obsahovat jak rastrový obraz (rámeček obrazovky), tak jednotlivé fragmenty v rastrové (textury) i vektorové ( polygony , zejména trojúhelníky ) formě. Monitorovací software, jako je RivaTuner a MSI AfterBurner, dokáže zobrazit množství použité video paměti, Intel VTune monitoruje využití šířky pásma paměti GPU pro čtení a zápis. Prohlížecí programy ( VRAM Viewer ) umožňují určit přesné umístění, zobrazit a uložit grafické prvky z videopaměti např. v emulátorech.
Aby se snížilo množství použité paměti VRAM, mohou vývojáři aplikací zvolit, jak budou textury ve VRAM uloženy. Kromě 32bitového popisu pixelů v RGBA8 se používají 16bitové (RGB5_A1, RGBA4) a 8bitové (RGBA2) popisy nebo komprese (například existuje hardwarová podpora pro S3TC ). Zkrácené formáty souborů snižují kvalitu a při kompresi se objevují artefakty. Skřítci jsou hustě zabaleni do texturového atlasu ( problém s balením kontejnerů ). Více textur je reprezentováno jako jedna textura s paletou . Při použití nastavení náročných na zdroje nebo chyb ve hrách se někdy objeví chyba „došla video paměť“ [12] . DirectDrawumožnil vývojářům aplikací přímý přístup k VRAM.
Procesor zapisuje podle potřeby a monitor k němu přistupuje nepřetržitě [8] . Při aktualizaci vyrovnávací paměti ve chvílích, kdy předchozí obrázek není na displeji zcela vykreslen nebo při použití větší video paměti, než je fyzicky dostupné [13] , se objeví artefakt trhání obrazu ( tearing , stuttering ) [14] . Pro jednotnější aktualizaci bufferu se používá vertikální synchronizace [14] .
Architektura Unified Memory Architecture ( UMA ) používá část paměti RAM jako video paměť. Pod tímto názvem se v různých časech objevovala řešení od různých vývojářů. V technologii texturování AGP mohl grafický procesor přistupovat kromě vlastní paměti grafické karty i k souborům v paměti RAM. Integrovaná grafická řešení Intel dynamicky přidělují video paměť [15] [16] (technologie Intel Dynamic video memory , DVMT) na polovinu [17] systémové paměti nebo méně [18] , a UEFI umožňuje konfigurovat maximální velikost video paměti a clonu [ 19] . V řešeních Nvidia a Apple sdílí grafika a systémová paměť společný adresní prostor [20] . V roce 2004 použily ATI a Nvidia HyperMemory a TurboCache ke zlevnění grafických karet.
Technologie Microsoft DirectStorage API a RTX IO umožňují načítat data z NVMe SSD přímo do VRAM bez použití CPU a systémové paměti. [21]
Technologie slučování karet Nvidia SLI nezdvojnásobila množství VRAM, protože data byla duplikována mezi VRAM obou karet. Na začátku byla karta s velkým objemem upravena na kartu s menším a přebytečný objem nebyl využit. Od verze ovladačů 100.xx byly v SLI kombinovány pouze karty se stejným množstvím paměti.
Přetaktování VRAM je možné změnou parametrů v BIOSu grafické karty [22] nebo pomocí speciálních utilit pro nastavení grafické karty. Někteří výrobci vyvíjejí takové nástroje pro své vlastní grafické karty a poskytují možnosti ručního i automatického přetaktování založené na algoritmech vývojáře. Nastavení VRAM vám umožní přizpůsobit rychlosti hodin a napětí paměti a také časování pro snížení latence. [23] V přizpůsobených provozních režimech vyžaduje odpovídající řízení a odvod tepla. Některé čipy GDDR mají vestavěné teplotní senzory pro ochranné mechanismy ( downclocking ). Micron pro GDDR5, GDDR5X a GDDR6 specifikuje maximální teplotu spoje 100 °C. [24] [25]
V 70. letech 20. století obsahovala video paměť data v textovém režimu . Po zlevnění paměťových čipů bylo možné ukládat grafiku v pixelech do video paměti. V 80. a 90. letech množství VRAM umístěné na grafických adaptérech rychle rostlo.
V roce 1981 měl MDA 4 KB VRAM a CGA - 16 KB, Intel iSBX 275 v roce 1983 - 32 KB, ATI Graphics Solution Rev 3 v roce 1986 - 64 KB, VGA v roce 1986 - 256 KB, NV1 - 2 MB 1995 , RIVA 128 v roce 1997 - 4 MB, RIVA TNT v roce 1998 - 16 MB, GeForce 256 v roce 1999 - 32 MB. Na konci roku 2000 dosáhl objem 2 GB. V roce 2000 grafické karty obsahovaly hlavně 64 MB (Radeon 7500 - 128 MB), 2001-256 MB, 2005-512 (GeForce 6600), 2007-1024 MB (GeForce 8600 GT), 2008-2048 MB (2008-2048 MBRAdeon HD48 MB). Do roku 2015 dosáhl objem 8 GB. V roce 2011 - 3072 MB (GeForce GT 440), 2012 - 4096 MB (GeForce GTX 670), 2013 - 6144 MB (GeForce GTX Titan), 2014 - 8192 MB (Radeon R9 290X). Ačkoli v roce 2015 vyšel nejvyšší model grafické karty s 12 GB VRAM (GeForce Titan X), v roce 2018 - 24 GB (Titan RTX) a 32 GB (Titan V CEO), do roku 2020 bude většina vydaných grafických karet nabídl 2-8 GB VRAM.
V profesionálních verzích grafických karet je obvykle přidáno více video paměti. V 80. letech měl IBM Professional Graphics Controller 320 KB ze 40 64 KB DRAM čipů. V roce 2020 měl Quadro RTX 8000 48 GB a s připojením karet přes NVLink se rozšíří na 96 GB.
Typy videopamětí [26] : FPM DRAM (1990), VRAM , WRAM (1995), EDO DRAM (1995), SDRAM, MDRAM, SGRAM , DDR2 SDRAM , [27] RDRAM , DRAM, CDRAM, Burst EDO, 3D RAM, Embedded 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). Typy VRAM, WRAM - dual-port DRAM (dual-port video RAM), která umožňuje současně zapisovat a číst data [4] [7] [27] .
Kvůli kompatibilitě s 32bitovými operačními systémy [31] bylo množství VRAM přímo přístupné CPU přes PCI omezeno na 256 MB. V roce 2008 byla ke standardu PCI Express 3.0 přidána technologie Resizable BAR, která poskytuje přístup k celému množství video paměti. [32] [33] AMD technologii nazvala Smart Access Memory (SAM).
Při výrobě grafických karet se paměť GDDR3 používá již poměrně dlouho . Byl nahrazen GDDR4 , který má větší šířku pásma než GDDR3; GDDR4 však nebyla široce používána kvůli špatnému poměru ceny a výkonu a byla používána pouze v omezené míře v některých špičkových grafických kartách (např . Radeon X1950XTX, HD 2900 XT, HD3870). Pak přišla paměť GDDR5 , která je od roku 2012 nejmasivnější, GDDR3 se používá v segmentu rozpočtu. V roce 2018 jsou špičkové grafické karty vybaveny pamětí HBM a HBM2, GDDR5X a GDDR6. Podle statistik Steamu v roce 2018 mělo 32 % jejich hráčů 2 GB VRAM, 19 % 4 GB a 17 % 1 GB [34] . Systémové požadavky na hry často udávají požadované množství VRAM pro různé úrovně nastavení [35] .
Kapacita paměti většiny moderních grafických karet se pohybuje od 256 MB (například AMD Radeon HD 4350 ) [36] do 48 GB (například NVIDIA Quadro RTX 8000 ) [37] . Vzhledem k tomu, že přístup k videopaměti GPU a dalším elektronickým součástem musí zajistit požadovaný vysoký výkon celého grafického subsystému jako celku, používají se specializované typy vysokorychlostních pamětí, jako je SGRAM , dual-port VRAM , WRAM a další . Přibližně od roku 2003 byla videopaměť zpravidla založena na technologii DDR paměti SDRAM s dvojnásobnou efektivní frekvencí (přenos dat je synchronizován nejen na vzestupné hraně hodinového signálu, ale i na sestupné hraně). A v budoucnu DDR2 , GDDR3 , GDDR4 , GDDR5 a v době roku 2016 [38] GDDR5X . S uvedením vysoce výkonných grafických karet řady AMD Fury spolu s již dobře zavedenou pamětí GDDR na trhu se začal používat nový typ pamětí HBM , který nabízí výrazně vyšší šířku pásma a zjednodušuje samotnou grafickou kartu, z důvodu absence nutnosti kabeláže a odpájení paměťových čipů. Špičková rychlost přenosu dat (šířka pásma) paměti moderních grafických karet dosahuje 480 GB / s u typu paměti GDDR5X (například NVIDIA TITAN X Pascal [39] ) a 672 GB / s u paměti typu GDDR6 (například , TITAN RTX [40] ).
Videopaměť je umístěna na grafickém adaptéru nebo je přidělena jako součást paměti RAM [41] . Čipy RAM moderní grafické karty jsou zpravidla připájeny přímo k textolitu na desce plošných spojů, na rozdíl od vyměnitelných systémových paměťových modulů, které se vkládají do standardizovaných konektorů dřívějších grafických adaptérů.
Samostatná grafická karta s vlastní pamětí. Data se kopírují přes sběrnici PCI Express
Jediná grafická karta se sdílenou pamětí en:Heterogenní systémová architektura . Ukazatele procházejí přes PCI Express, což umožňuje nulové kopírování .
Integrovaná grafická karta alokovala systémovou paměť
Integrovaná grafika se sdílenou pamětí (HSA)
Videopaměť se od "běžné" systémové RAM liší v přísnějších požadavcích na šířku sběrnice. Grafická datová sběrnice je páteř, která spojuje grafický procesor a paměť grafických karet.
Šířka pásma datové sběrnice video paměti je:
Důležitý je poměr velikosti paměti, jejího typu a šířky datové sběrnice: 512 MB DDR2 s šířkou datové sběrnice 128 bitů bude pracovat pomaleji a mnohem méně efektivně než 256 MB GDDR3 se šířkou sběrnice 128 bitů atd. důvodů, 256MB GDDR3 s 256bit sběrnicí je lepší než 256MB GDDR3 se 128bit sběrnicí atd.
Výrobci grafických karet nevyrábějí VRAM sami, ale nakupují je. Někteří významní výrobci VRAM jsou Samsung , Micron , Memory a Hynix . [42] Návrhář grafické karty poskytuje v návrhu více konfigurací a nechává typ, počet a umístění komponent na desce na volbě výrobců. Na různé modely stejného designu referenční grafické karty lze nainstalovat různý počet paměťových čipů dodaných typů a mohou být umístěny jak na horní, tak na spodní straně desky.
Rovněž stojí za zvážení, že kvůli relativně nízkým nákladům na grafickou paměť mnoho výrobců grafických karet instaluje na slabé grafické karty nadměrné množství videopaměti (4, 6 a 8 GB), aby zvýšili jejich marketingovou atraktivitu. Na grafických kartách jsou paměťové čipy obvykle umístěny kolem video procesoru, aby z nich odváděly teplo pomocí chladiče sdíleného s procesorem .
| Typy dynamických pamětí s náhodným přístupem (DRAM) | |
|---|---|
| asynchronní | |
| Synchronní | |
| Grafický | |
| Rambus | |
| Paměťové moduly | |