Consolas y GPUs ya la tienen, pero ¿sabes realmente qué es la GDDR6?

La memoria GDDR6 se estrenó por primera vez en el mercado en 2018, como VRAM de las tarjetas gráficas NVIDIA RTX 2000 basadas en la arquitectura NVIDIA Turing. A día de hoy se ha convertido en una de las tres memoria más utilizadas gracias a su presencia en tarjetas gráficas de NVIDIA y AMD en PC, así como en consolas de nueva generación.

En este artículo os vamos a explicar el funcionamiento de la memoria GDDR6, así cuáles son sus aplicaciones y en que mercados se ha implementado este tipo de memoria y cuál es el motivo de ello. También comentaremos de paso cuál es su futuro y el problema que existe para crear nuevas generaciones de memoria GDDR.

Características de la memoria GDDR6

GDDR6 VRAM

La Graphics Dual Data Rate de sexta generación, o más conocida como GDDR6, difiere por completo de generaciones anteriores por el hecho que aunque cada chip tiene un ancho de banda máximo de 32 bits por ciclo de reloj ahora tenemos dos canales de 16 bits funcionando al mismo tiempo en vez de uno de 32 bits. Que es lo que ocurría en las anteriores generaciones.

Esto significa que la GDDR6 puede servir dos peticiones a memoria al mismo tiempo, pero la contrapartida de esto es que para poder suministrar la información con el suficiente ancho de banda se ha tenido que aumentar el ancho de banda respecto a la GDDR5, esto ha llevado a que el bitrate se ha duplicado y por tanto la GDDR6 transmite o recibe a través de sus pines el doble de datos que la GDDR5.

La ventaja de tener dos canales es que evita el fenómeno de la contención, el cual se da cuando el acceso a memoria está ocupado por otro proceso distinto, añadiendo latencia a los que están a la cola de espera. Por lo que GDDR6 no solamente tiene un mayor ancho de banda sino que una menor latencia gracias a ello.

Especificaciones de la memoria GDDR6

Controlador GDDR6

La memoria GDDR6 puede funcionar a velocidades de 12 Gbps, 14 Gbps y 16 Gbps. Al menos las que se encuentran actualmente en el mercado en diferentes productos, pero en especial tarjetas gráficas y consolas de nueva generación. Aunque el estándar JESD250B de la JEDEC que es en el que se basa la GDDR6 especifica velocidades de hasta 18 Gbps e incluso se han alcanzado velocidades de hasta 22 Gbps en laboratorio, por el momento no hemos visto productos con GDDR6 a esa velocidad.

Cada uno de los chips de la memoria GDDR6 utiliza un encapsulado BGA de 180 pines, su voltaje varía entre los 1.25 V y los 1.35 V. Cuando la memoria funciona a 12 Gbps lo hace bajo el voltaje de 1.25 V, también es llamado modo de bajo consumo, el cual puede ser activado en cualquier momento por el procesador a través del controlador de memoria para disminuir el consumo energético en los momentos en que no es necesario tanto ancho de banda o en sistemas que requieren poco consumo como son los ordenadores portátiles.

GDDR6

En cuanto a su capacidad, esta es de 1 GB o de 2 GB por chip, siendo más común la de 1 GB que la de 2 GB en los diferentes productos. Aunque la configuración de 2 GB poco a poco se va estandarizando y es posible que veamos configuraciones con una mayor densidad como son 3 GB e incluso 4 GB en el tiempo de vida en que se utilice la GDDR6.

En cuanto al ancho de banda, la GDDR6 puede alcanzar las siguientes velocidades de transferencia de datos:

Bits interfaz 12 Gbps 14 Gbps 16 Gbps
128 192 GB/s 224 GB/s 256 GB/s
192 288 GB/s 336 GB/s 384 GB/s
256 384 GB/s 448 GB/s 512 GB/s
320 480 GB/s 560 GB/s 640 GB/s
384 576 GB/s 672 GB/s 768 GB/

Se ha de tener en cuenta que el ancho de banda en cuanto a Gbps se puede mover en cualquier espacio entre los 12 Gbps y su velocidad máxima, pero hemos escogido las velocidades de 12 Gbps, 14 Gbps y 16 Gbps.

El Modo x8 o modo Clamshell

GDDR6 modo x8

Este modo ya estaba disponible en la GDDR5, se basa en hacer que dos chips de memoria compartan un mismo bus de datos del controlador, para así no tener que aumentar la cantidad de pines y con ello la interfaz. Esto permite aumentar la capacidad de almacenamiento de la GDDR6 sin aumentar el ancho de banda y con ello tampoco los pines del controlador de memoria en la periferia del chip.

Para ello lo que se hace es que en vez de coger un chip de memoria GDDR6 conectar sus 16 pines al bus de datos, un bit por pin, del controlador de memoria correspondiente a un canal. Lo que se hace es conectar 8 pines al bus de datos un chip GDDR6 y los otros ocho pines a un segundo chip.

El modo x8 junto al modo estándar, x16, permiten las siguientes capacidades de almacenamiento:

Bits interfaz Nº de Chips (x16) Capacidad (x16) Nº de Chips (x8) Capacidad (x8)
128 4 4 u 8 GB 8 8 o 16 GB
192 6 6 o 12 GB 12 12 o 24 GB
256 8 8 o 16 GB 16 16 o 32 GB
320 10 10 o 20 GB 20 20 o 40 GB
384 12 12 o 24 GB 24 24 o 48 GB

No es una RAM para sistemas de bajo consumo

GDDR6 pj/bit

Dado que se ha diseñado para sistemas de enorme potencia gráfica, ya sean las consolas de nueva generación como las tarjetas gráficas más avanzadas, no estamos ante un tipo de memoria pensada para utilizarse en sistema de bajo consumo. El motivo de ello es que su consumo energético es más alto que el de otros tipos de memoria.

Por ejemplo, un chip de memoria GDDR6 a 14 Gbps y con un bus de 32 bits cuando transmite datos que tiene un consumo energético de 7.5 pJ/bit, lo cual se traduce en un consumo de 3.36*1012pJ/, lo que son 3.36 J/s y por tanto 3.36 W. Esto por un solo chip de memoria, por lo que no estamos ante un tipo de memoria RAM que esté pensada para ser utilizada en sistemas de bajo consumo.

 GDDR6 en consolas de nueva generación

PS5 Xbox

La GDDR6 es también utilizada en las consolas de nueva generación, no como memoria de vídeo exclusivamente, sino también como memoria RAM para todo el sistema en una configuración de memoria unificada o UMA. Esto significa que no solo la GPU y sus coprocesadores tienen acceso a la GDDR6 sino también la CPU y sus coprocesadores.

Debido a que las tres consolas de nueva generación se basan en SoCs de arquitectura AMD Ryzen y utilizan memoria GDDR6 traen consigo una serie de características comunes a la hora de acceder a la memoria RAM. En primer lugar de cara al direccionamiento el espacio de la CPU y la GPU está separado y dependiendo de la dirección de memoria a la que apunte el controlador de memoria entonces el ancho de banda variará.

Esto conlleva a que la GDDR6 sea manejada de manera distinta cuando hace de RAM para una consola de nueva generación que cuando hace de VRAM para una tarjeta gráfica.

El caso de la Xbox Series S y X de Microsoft

GDDR6 Xbox Series X

En las Xbox Series X y S por ejemplo tenemos dos velocidades en el ancho de banda, no es que existan dos pozos de memoria diferenciados, algo que se puede ver abriendo ambas consolas, sino que existen dos formas de acceder a la memoria distintas.

Si hablamos de la GPU de Xbox Series X esta accede de manera directa a la RAM, tenemos 10 GB del total de la memoria al que la GPU puede acceder de manera exclusiva haciendo uso de todo el ancho de banda disponible y por tanto ocupando los dos canales. En cuanto a Xbox One S la cantidad asignada solo para la GPU son 8 GB, de un total de 10 GB. En cuanto al resto de la memoria es accesible por la GPU pero utilizando solo uno de los canales, ya que el otro canal es utilizado por la CPU.

En ambos casos la CPU accede a la RAM utilizando el UMC clásico de los AMD Ryzen, el cual se comunica a la velocidad de reloj del controlador de la memoria y con un bus de 32 bytes. En la GDDR6 dicha velocidad se obtiene de dividir por ocho los Gbps de la GDDR6, como en consola es de 14 Gbps entonces la memclk es de 1.75 GHz. Por lo que en las consolas de siguiente generación, la CPU no utiliza todo el bus de memoria del canal de la GDDR6, sino que se queda en 56 GB/s.

¿Qué hay de PlayStation 5 respecto a la GDDR6?

Sony PS5

En cuanto a PlayStation 5, SONY no ha dado velocidades de reloj diferenciadas como Microsoft. Pero, de cara al rendimiento es de esperar que la consola SONY tenga regiones separadas de acceso con tal de evitar la contención entre CPU y GPU, la cual reduce el ancho de banda efectivo y con ello el rendimiento total, en especial de la GPU.

Por lo que a falta de información, nuestra suposición es que el comportamiento es muy similar que en las Xbox Series. Al fin y al cabo las tres consolas con Zen 2 con RDNA 2 y GDDR6 y no creemos que AMD haya apostado por soluciones diferentes para problemas comunes en las diferentes consolas.

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