GDDR是Graphics Double Data Rate的縮寫，全稱為雙影像倍資料速率。它是專為圖形處理單元（GPU）設計的同步雙資料速率動態隨機存取記憶體（SDRAM）。 1998年，三星電子推出了首款16 Mb GDDR記憶體晶片。自此拉開了GPU和CPU在記憶體道路上的分道揚鑣。

起初，顯示卡記憶體相容於CPU內存，主要使用DDR內存，然而鑑於影像處理需求逐漸攀升，顯示卡逐漸轉向採用專門為圖形處理器（GPU）設計GDDR。由於GDDR具有更高的資料傳輸速率和頻寬，在推動GPU的發展過程中扮演了關鍵的角色。

GDDR技術發展歷程

歷經二十餘年發展，GDDR家族已迭代至第七代，GDDR家族主要有GDDR、GDDR2、GDDR3、GDDR4、GDDR5 和GDDR6，以及最新的GDDR 7。在此，我們先看下前六代的技術和性能上的情況。

來源：imec

雖然GDDR專為GPU設計，但最開始的一二代GDDR和GDDR 2並沒有比DDR提升很多，因此也沒得到GPU廠商的大規模採用。所以GDDR的正式被認可和迭代可以說是從GDDR3開始。

自GDDR3開始，Nvidia和AMD等主要G​​PU廠商的參與使得GDDR標準得到了大幅提升，得益於製程製程的不斷進步，GDDR3記憶體的資料傳輸速率從最初的1GHz一路攀升至2.5GHz，實現了大幅提升，並保持了長達五年的生命週期，為現代圖形處理和計算提供了強大的支援。

GDDR4在GDDR3的基礎上，進一步提升了資料傳輸速率和能效。雖然GDDR4在技術上取得了進步，但由於當時NVIDIA和ATI之間對於GDDR 4標準意見相左，且存在激烈的競爭關係，NVIDIA沒有採用GDDR 4，這導致其市場佔有率相對有限，成本很高， GDDR4很快就被歷史遺忘。

GDDR5大幅提升了頻寬和速度，成為2008年後高效能顯示卡的標配。 GDDR5具有更高的時脈頻率和資料傳輸速率，廣泛應用於各類圖形處理和計算任務。 GDDR5之後，NVIDIA也與美光推出了GDDR5X半代產品，用於NVIDIA高階顯示卡。

而GDDR6則在資料傳輸速率和能源效率方面進一步提升，成為現代高階GPU的主流選擇。 GDDR6X引進了PAM4（Pulse Amplitude Modulation 4）訊號技術，顯著提高了資料傳輸速率。 Nvidia在其Ampere架構，如GeForce RTX 3080和RTX 3090，率先採用了GDDR6X記憶體。

可以看出，從最初的GDDR到最新的GDDR6，GDDR記憶體經歷了多次技術迭代和效能提升。每一代GDDR記憶體都在資料傳輸速率、頻寬和能源效率方面不斷優化，滿足了GPU和圖形處理日益增長的需求。如今，它已成為人工智慧和大數據應用領域中最受歡迎的記憶體晶片之一。

GDDR7大戰打響三星與SK海力士打頭陣

目前，三星、美光和SK海力士都已開始提供GDDR7記憶體樣品，GDDR 7大戰即將拉開序幕。

三星和SK海力士在今年3月NVIDIA的GTC大會上都宣布了各家GDDR7的相關指標。兩家公司都展示了16Gb（2GB）密度的產品，24Gb（3GB）更高版本沒有在這一波浪潮中展現。

依照三星的揭露，三星GDDR7晶片能夠在僅1.1 V的DRAM電壓下實現32 Gbps的速度，這超過了JEDEC的GDDR7規範中的1.2 V，這一性能是透過首次應用PAM3訊號來實現的。再加上三星特有的其他電源管理創新，能源效率提高了20%，將待機功耗降低50%，進而減少整體功耗。三星還在封裝基板方面進行了一些創新，它使用了一種導熱性高、熱阻低的環氧模塑料（EMC） 進行GDDR7 封裝，以確保有源元件（IC本身）不會過熱，與GDDR6晶片相比，熱阻降低了70%。這些晶片採用512M x32組合，採用266針FBGA 封裝。

而SK海力士表示它將提供速度高達40 Gbps的GDDR7晶片。與其前身GDDR6相比，最新的GDDR7產品提供的最大頻寬達到160GB/s，是其上一代產品（GDDR6位元80GB/s）的兩倍，功耗效率提升了40%，同時，記憶體密度提升了1.5倍，使得視覺效果也進一步增強。獨立的四通道的模式，提高了記憶體並行處理能力，每個通道支援32位元組的資料存取。除了四通道模式，GDDR7還支援雙通道模式，提供了靈活的配置選項，以適應不同的應用需求和系統架構。

SK海力士GDDR7技術指標（資料來源：SK海力士）

SK海力士GDDR7採用與GDDR6相同的板尺寸，大小為12mm x 14mm，這表示在設計和製造過程中，GDDR7可以直接取代現有的GDDR6模組，而無需對電路板進行重新設計。此外，GDDR7記憶體還配備了專用的記憶體實現方案和PCB（印刷電路板）設計，以最大化其效能和效率。

（圖片來源：SK海力士）

SK海力士的16Gb GDDR7 晶片基本上已經準備就緒，將在今年稍後批量出貨。三星的也在出樣品的過程中。

雖然尚不清楚誰將成為三星和SK海力士GDDR7內存的首批客戶，但是考慮到兩家均在NVIDIA GTC2024上進行展示，這也很清楚地表明NVIDIA是其中之一。

姍姍來遲的美光

2024年6月4日，美光宣布開始為下一代GPU提供GDDR7記憶體樣品，它有28GB/s和32Gb/s兩種速度。新一代GDDR7採用美光科技的1β （1-beta） DRAM 技術製造，在能源效率和效能上實現了大幅提升。

美光在宣布這一消息時公佈了一些誘人的數字。該公司表示，32Gb/s GDDR7提供的記憶體頻寬比GDDR6高出60%，在384位元總線上可達到1.5TB/s的記憶體頻寬。這比前代產品有了顯著的飛躍，前代產品在RTX 4090等GPU上的384位元記憶體匯流排上最高可達1TB/s。同時，工作電壓降低至1.2V，上一代為1.35V，美光錶示，其GDDR7的效率比GDDR6 提高了50%，實現節能的方式主要包括分割電壓平面、部分設備運作和休眠模式。採用FBGA更薄的封裝高度（1.1mm對比1.2mm）和高熱導EMC封裝，提供65%更好的熱阻，這為桌上型電腦和筆記型電腦提供了更好的熱管理。

美光GDDR6與GDDR7特性比較

美光GDDR7的這些特性提升使其在遊戲、生成式AI、高效能運算（HPC）領域中前景廣闊。也意味著GDDR7可能與HBM競爭。如美光所述，在遊戲領域，GDDR7預計在每秒幀數（FPS）方面可提升超過30%，特別是在光線追蹤和光柵化工作負載下；在生成式AI應用中，GDDR7提供超過1.5 TB /s的高系統頻寬，預計可將生成式AI文字到影像產生的回應時間減少多達20%；對於HPC，GDDR7預計將減少處理時間，實現複雜工作負載（如動畫、3D設計、科學模擬和金融建模）的無縫多工處理。

根據美光的公告，其GDDR7記憶體將於2024年下半年直接從美光以及透過精選的全球通路經銷商和經銷商販售。 NVIDIA使用美光的記憶體是板上釘釘了，因為先前美光專門為Nvidia 製造了GDDR6x，不過在美光GDDR7的公告中也提到了AMD，因此AMD也可能會加入這一行列。

GDDR 7最大的技術變化

2024年3月，JEDEC發布了GDDR7 記憶體標準規格。 JEDEC 是微電子產業標準制定的全球領導者。如下圖所示，GDDR7的每腳頻寬最高可達48 Gbps，遠高於GDDR6和GDDR6X的24 Gbps。在256位元匯流排寬度下，GDDR7的總頻寬達到1024 GB/sec，顯著高於GDDR6和GDDR6X的768 GB/sec。 GDDR7的工作電壓為1.2 V，比GDDR6和GDDR6X的1.35 V更低。在訊號技術上， GDDR7採用PAM-3訊號技術，而GDDR6X採用PAM-4，GDDR6則使用傳統的NRZ訊號技術。 GDDR7的最大密度達到64 Gb，是GDDR6和GDDR6X的兩倍。 GDDR7採用266 FBGA封裝，高於GDDR6和GDDR6X的180 FBGA。

圖表展示了GDDR7相對於前幾代在頻寬、功耗和封裝上的顯著改進。來源：anandtech

GDDR7最大的技術變化在於記憶體匯流排從2位元不歸零（NRZ） 編碼轉換為3位元脈衝（-1、0、+1）幅度調變（PAM3） 編碼。 PAM3使GDDR7能夠在兩個週期內傳輸3位數據，光是這項變更就讓數據傳輸效率提高了50%。隨著向PAM3訊號的轉變，記憶體產業有了一條新途徑來擴展GDDR 裝置的效能並推動圖形和各種高效能應用的持續發展。

先前的GDDR標準使用非歸零（NRZ）技術，透過兩種訊號電平來傳輸編碼為1或0的資料。這種方法在多個GDDR世代中都足夠使用，但隨著時脈速度和系統複雜性的增加，成為了一大瓶頸。為了解決這個挑戰，美光與英偉達推出了採用多層次訊號技術的創新GDDR6X技術。美光是唯一提供GDDR6X的公司，GDDR6X利用PAM4訊號技術，提供了業界領先的>1.1 TB/s頻寬。

美光在GDDR6X的成功和經驗為下一代使用類似訊號方法的GDDR奠定了基礎。雖然PAM3每週期傳輸的位元數量低於GDDR6X上的PAM4，但PAM3提供了50%的更高電壓裕度，並且編碼複雜度更低，這減少了對記憶體匯流排更高頻率的需求，緩解了由此產生的訊號損失。

值得一提的是，GDDR7將能夠在PAM-3和NRZ之間切換，具體取決於所承受的負載。當需要極高的效能時，會啟動PAM-3，但對於降低能耗很重要的情況（例如非遊戲、桌上型使用），則會啟用NRZ 以保持良好的散熱效果。

另外一個很大的技術變化是，GDDR 7記憶體具有4個獨立通道，可優化各種工作負載的資料流，因此延遲相對較低。

GDDR 通道架構（資料來源：anandtech）

寫在最後

三星、SK海力士、美光三大儲存巨頭均推出了自家的GDDR7記憶體產品，並展開了激烈的競爭。誰能在這場技術競賽中脫穎而出，尚需時間驗證。然而，這場較量不僅關乎市場份額的爭奪，更在於誰能在性能、能源效率和創新應用上實現突破，引領下一代圖形記憶體技術的發展方向。

至於GDDR7的顯示卡何時問世？考慮到AMD 和NVIDIA 每兩年發布新GPU 架構的節奏，NVIDIA 和AMD 預計將在2024 年下半年推出首款採用GDDR7 的獨立GPU。最可能的是消費級Blackwell架構產品和AMD的RDNA 4。讓我們拭目以待。