超能课堂(153)：NVIDIA RTX“光追”显卡的秘密——GDDR6显存
8月14日，NVIDIA发布了新一代专业显卡Quadro RTX 5000/6000/8000，除了架构升级到Turing图灵以外，更是首批采用GDDR6显存的显卡；一个星期后发布的RTX 2080 Ti/2080/2070游戏显卡同时是采用GDDR6线程，意味着GDDR6显存已经进入实质性的量产、商业化阶段。那么GDDR6显存有哪些改进？又会对显卡性能产生什么变化？今天我们就来聊一聊这个。
之前我们也有一期专门介绍DDR内存、GDDR显存之间“爱恨情仇”的超能课堂，里面讲到GDDR显存是为适应显卡需求、脱胎于DDR内存的产物，GDDR标准一直跑得比较快，全都是因为显卡中数据交换量巨大，对容量、速度都有了新的要求，GDDR6正是为满足新需求应运而生，而GDDR5X这个半代产品可以视作前期抢先体验版，两者有一定关系。
那么GDDR6相比之前的GDDR显存们有什么样的变化呢？
首先，GDDR6继承了GDDR5X中的16bit预取宽度，使用了改进版的QDR 4倍数据倍率技术，也就是说每个时钟可以传输4bit数据！这已经是被证实提高数据传输速度最为有效的方法。GDD6显存速度因此可以抛开GDDR5一大截，直接从12Gbps起跳，JEDEC标准最高速度为16Gbps，不过三星已经有做18Gbps产品的规划了。
其次，GDDR6终于一改以往GDDR1/2/3/4/5/5X只有一个读写通道问题，使用双通道，每通道的读写宽度降低至16/8，虽然位宽变小了，但实际上两个通道可以同时工作，效率更高以后，会带来明显的性能提升。
第三，显存容量的进步，原本GDDR5最常见的都是8Gb单颗粒，而GDDR6标准下未来最高容量可以达到32Gb，换算过来单颗粒就是4GB。好处显而易见，按照顶级显卡384bit显存位宽计算，搭载12颗就能达到48GB（但实际上NVIDIA目前也只在Quadro显卡上用单颗粒2GB），因此NVIDIA丝毫没有在消费级游戏卡上用HBM2显存的意思。另一方面，GDDR6的显存带宽可以做到16Gbps×384bit÷8=768GB/s。
第四，GDDR6工作电压也同步GDDR5X下降到1.35V上，SK海力士、美光甚至规划了1.25V产品，其中既有设计者功劳，也用光刻制程进步的因素，总之可以实现功耗、漏电率下降，从而降低产品的总功耗。
第五，目前GDDR显存均采用BGA封装，GDDR6显存颗粒减少了底部接口数目，从GDDR5X的190 ball减少至180 ball，占用面积更小，最后成片尺寸为14×12mm，应用场景更为光宽。
第六，GDDR6显存工作温度范围被扩展了，按照JEDEC给出的标准，GDDR6不仅可以抵抗严寒，还能抗高温，-40-105℃都不是问题。也有要求不那么严格的0-95℃的产品，但也能满足严苛的工控标准。
GDDR6优势：
高速带来的数据交换带宽增长
目前GDDR6显存普通速度都能做到14Gbps级别，RTX 2080 Ti上可做到616GB/s、RTX 2080也有448GB/s，速度直接就提升了40%，对于4K这种高分辨率游戏来说，减少显存成为显卡处理画面速度的短板可能性。
GDDR6带宽可以达到896GB/s，这是美光提供的数据
占用更少PCB面积、能效更高
GDDR6优势——针脚少、尺寸更小、效能更高
尽管不如HBM 2显存可以集成到GPU die隔壁那么超高集成度，最大限度减少占用PCB面积，显卡可做得更娇小。不过GDDR6相比于GDDR5也有进步，主要是单颗粒容量带来的进步，不然你想NVIDIA Quadro 8000专业卡的48GB显存该怎么设计PCB，密密麻麻全都是显卡颗粒啊？
同时，相比于GDDR5，在输出8K分辨率状态下，功耗节省13%。
成本也不低，但三大存储厂商都能稳定供货
HBM 2尽管是一种优秀的显存解决方案，但有个始终无法解决的问题，那就是成本居高不下，这也是业内共识，NVIDIA只用在专业卡上，而AMD也只用在RX Vega 56/64两款显卡上，但由于成本属于商业机密的存在，我们无法得知HBM 2显存确切成本价格。但Segmentnext网站得到的消息是，4GB的HBM 2显存成本高达80美元，折合人民币550元，那么一张RX Vega 56显卡，有将近1/3的价格都花在了HBM 2显存上。
那么GDDR6呢？其实成本也不低，电子元件供应商Digi-Key给出的14Gbps GDD6显存报价为每颗26美元，8GB也要26×8=208美元，虽然NVIDIA集中采购，捆绑GPU打包销售后价格会稍低一下，但看着和传说中贵上天的HBM 2成本上差不多。
但HBM 2全球产量极为有限，据说良品率也不行，根本无法满足现有显卡市场庞大需求，而GDDR6结构更简单，制造起来难度没HBM 2大，随着产能爬坡还可将价格压低一些。GDDR6显然是满足市场需求的最佳解决方案。
GDDR6诞生，三国鼎立
目前全球三大存储芯片厂商三星、海力士和美光都完成了GDDR6显存研发，进入了大规模量产阶段。不过由于技术实力差异和产品研发路线不同等因素，这三家的产品还存在一定的区别。
三星
期初三星在GDDR6上也是雷声大雨点小，推出GDDR6的时机也要晚于其余两家，但三星厚积薄发，一推出的GDDR6显存规格就是最高的，1Y nm工艺（10-16nm），单颗粒2GB，速度最高可达18Gbps，超过了JEDEC规范。
之前三星宣布成为NVIDIA显卡GDDR6供应商，而其中Quadro系列专业卡所用的显存就是来自三星2GB 14Gbps颗粒。
目前三星量产的GDDR6显存型号一共有3款，包括了单颗粒1GB两款、2GB一款。
海力士
首批采用21nm工艺，单颗粒1GB容量，速度有10/12/14Gbps，也超过GDDR5X现时的极限，比较有趣的是，GDDR6电压应该是1.35V，海力士研发出1.25V低电压版的GDDR6显存，估计是为笔记本设备研发的。
目前SK海力士只公布了一款GDDR6显存产品。
美光
美光是最早、也是最积极推进GDDR6显存的存储厂商，将会采用16nm工艺制造，也是单颗粒8Gb，速度10-14Gbps不等，而且也有对应多款1.25V低电压版GDDR6显存。已经有5款处于量产阶段，还有两款可在极端环境工作的GDDR6显存正在打样中。
美光早前已经与NVIDIA达成合作协议，将会为RTX 20系列显卡供应GDDR6显存，而且预留着足够的生产线全力生产，减少去年显存长期以来供不应求的情况。
如今GDDR6显存依靠高频率、高容量和低功耗特性，将会在未来新一代游戏显卡上大方异彩，为新架构显卡带来更强大的综合性能，而且对比产能严重不足、封装难度高的HBM 2显存来讲，GDDR6显然更加实惠，产能更加充沛，更易于往中低端显卡推广。