GDDR5 SDRAM

Graphics Double Data Rate 5 Synchronous Dynamic Random-Access Memory ( GDDR5 SDRAM ) は、グラフィックスカード、ゲームコンソール、および高性能コンピューティングで使用するために設計された、高帯域幅("ダブルデータレート") インターフェイスを備えた同期グラフィックスランダムアクセスメモリ ( SGRAM ) の一種です。^{[ 1 ]}これは、GDDR SDRAM (グラフィックスDDR SDRAM )の一種です。

GDDR5は、前世代のGDDR4と同様に、 DDR3 SDRAMメモリをベースとしており、 DDR2 SDRAMと比較してデータライン数が2倍になっています。また、GDDR5はGDDR4やDDR3 SDRAMと同様に、8ビット幅のプリフェッチバッファを使用しています。

GDDR5 SGRAMは、 JEDECによってGDDR5仕様で定められた規格に準拠しています。SGRAMはシングルポートですが、同時に2つのメモリページを開くことができ、他のVRAMテクノロジーのデュアルポート特性をシミュレートします。8NプリフェッチアーキテクチャとDDRインターフェースを使用して高性能な動作を実現し、デバイスの初期化中に検出される×32モードまたは×16（クラムシェル）モードで動作するように構成できます。GDDR5インターフェースは、書き込みクロック（WCK）サイクルごとに2つの32ビット幅のデータワードをI/Oピンとの間で転送します。8Nプリフェッチに対応して、1回の書き込みまたは読み出しアクセスは、内部メモリコアでの256ビット幅の2CKクロックサイクルのデータ転送と、I/Oピンでの対応する8つの32ビット幅の1/2WCKクロックサイクルのデータ転送で構成されます。

GDDR5は2種類のクロックで動作します。アドレスとコマンド入力の基準となる差動コマンドクロック（CK）と、データ読み書きの基準となるフォワード差動書き込みクロック（WCK）です。WCKはCKの2倍の周波数で動作します。より正確に言うと、GDDR5 SGRAMは合計3つのクロックを使用します。2バイトに関連付けられた2つの書き込みクロック（WCK01とWCK23）と、1つのコマンドクロック（CK）です。ピンあたり5 Gbit /sのデータレートを持つGDDR5を例にとると、CKは1.25 GHzで動作し、両方のWCKクロックは2.5 GHzで動作します。CKとWCKは初期化およびトレーニングシーケンス中に位相が合わせられます。この位相合わせにより、最小限のレイテンシで読み書きアクセスが可能になります。   

170ピンBGAパッケージ内の32ビットGDDR5チップ1個には、約67本の信号ピンがあり、残りは電源とグランドです。

GDDR5は2007年7月にサムスン電子によって発表された。同社は2008年1月からGDDR5の量産を開始すると発表した。^{[ 2 ]}

ハイニックスセミコンダクターは2007年に業界初の60nm クラスの「 1Gb」（1024× ³ビット）GDDR5メモリを発表しました。 ^{[ 3 ]} これは32ビットバス上で20GB/sの帯域幅をサポートし、256ビットバス上のわずか8回路で1GBを160GB  /sでメモリ構成することが可能になりました。翌年の2008年、ハイニックスは50nm クラスの「 1Gb」GDDR5メモリでこの技術を凌駕しました。

2007年11月、インフィニオンのスピンオフ企業であるQimondaはGDDR5のデモンストレーションとサンプル出荷を行い^{[ 4 ]}、GDDR5の背後にある技術に関する論文を発表した^{[ 5 ]} 。2008年5月10日現在、Qimondaは3.6 Gbit/s（900 MHz）、4.0 Gbit/s（1 GHz）、および4.5 Gbit/s（1.125 GHz）の定格を持つ512 Mb GDDR5コンポーネントの量産を発表している^{[ 6 ]}。       

2009年11月20日、エルピーダメモリは、グラフィックスDRAM（ GDDR）の設計とエンジニアリングを担当するミュンヘン設計センターの開設を発表しました。エルピーダは、2009年8月にキモンダAGが破産した後、キモンダAGからGDDRの設計資産を取得しました。この設計センターには約50人の従業員がおり、グラフィックスメモリの設計、開発、評価に使用する高速メモリテスト装置を備えています。^{[ 7 ] [ 8 ]} 2013年7月31日、エルピーダはマイクロンテクノロジーの完全子会社となり、現在のLinkedInの公開プロフィールによると、マイクロンは引き続きミュンヘンのグラフィックス設計センターを運営しています。 ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Hynix 40  nm クラスの「2  Gb」(2 × 1024 ³ビット) GDDR5 は 2010 年にリリースされました。これは 7  GHz の実効クロック速度で動作し、最大 28  GB/s の処理速度を実現します。^{[ 11 ] [ 12 ]}「2 Gb」 GDDR5 メモリ チップにより、2 GB 以上のオンボード メモリを 搭載したグラフィックス カードで、224 GB/s 以上のピーク帯域幅を実現できます。2008 年 6 月 25 日、AMD は、Qimonda の 512 Mb メモリ モジュールを 3.6 Gbit/s の帯域幅で組み込んだRadeon HD 4870ビデオ カードシリーズで、GDDR5 メモリを使用した製品を出荷した最初の企業となりました。^{[ 13 ] [ 14 ]}    

2010年6月、エルピーダメモリは、同社のミュンヘン設計センターで開発された2Gb GDDR5メモリソリューションを発表した 。この新しいチップは、最大7GHzの 実効クロック速度で動作し、グラフィックカードやその他の高帯域幅メモリアプリケーションで使用される予定である。^{[ 15 ]}

「4  Gb」（4 × 1024 ³ビット）GDDR5 コンポーネントは 2013 年の第 3 四半期に入手可能になりました。最初に Hynix によってリリースされ、Micron Technology がすぐにそれに続き、2014 年に実装をリリースしました。2013 年 2 月 20 日、PlayStation 4 は16 個の 4 Gb GDDR5 メモリ チップを使用して、合計 8 GBの GDDR5 @ 176 Gbit/s（CK 1.375 GHz および WCK 2.75 GHz）をシステム RAM およびグラフィックス RAM として、8 個のJaguar コア、1152 個のGCNシェーダー プロセッサ、およびAMD TrueAudioで構成されるAMD搭載システム オン チップで使用することが発表されました。^{[ 16 ]}その後、製品の分解により、 PlayStation 4に4 Gbベースの GDDR5 メモリが実装されていることが確認されました。^{[ 17 ] [ 18 ]}    

2014年2月、マイクロン・テクノロジーはエルピーダの買収により、2Gbおよび4GbのGDDR5製品を同社のグラフィックスメモリソリューションのポートフォリオに追加した。^{[ 19 ]}

2015年1月15日現在、サムスンはプレスリリースで、20nm製造プロセスに基づく「 8Gb」（8×1024 ^×3ビット）GDDR5メモリチップの量産を開始したと発表した。4Kなどの高解像度ディスプレイの需要が主流になるにつれ、 PCゲームやその他の3Dレンダリングなど、グラフィック処理負荷の高い演算のためのより大きなフレームバッファを容易にするために、より高密度のチップが必要となる。新しい高密度モジュールの帯域幅の増加は、1ピンあたり8Gbit/s× BGAパッケージ上の170ピン× I/Oサイクルあたり32ビット、つまりチップあたり256Gbit /sの実効帯域幅に相当する。^{[ 20 ]}   

2015年1月6日、Micron Technologyの社長であるMark Adams氏は、 同社の2015年度第1四半期決算説明会で、8 Gb GDDR5のサンプル出荷が成功したことを発表した。^{[ 21 ] [ 22 ]}その後、同社は2015年1月25日に、20  nmプロセス技術を使用したGDDR5の商用出荷を開始したと発表した。^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} Micronの8 Gb GDDR5の正式な発表は、2015年9月1日に同社のウェブサイトにKristopher Kido氏が投稿したブログ記事 の形で行われた。 ^{[ 26 ] [ 27 ]}

2016 年 1 月に、JEDEC は GDDR5X SGRAM を標準化しました。^{[ 28 ]}  GDDR5X は、ピンあたり10 ～ 14 Gbit/s の転送速度を目標としており、これは GDDR5 の 2 倍です。 ^{[ 29 ]}基本的に、メモリコントローラは、プリフェッチが 8n のダブルデータレートモード、またはプリフェッチが 16n のクワッドデータレートモードのいずれかを使用するオプションを提供します。^{[ 30 ]} GDDR5 は、プリフェッチが 8n のダブルデータレートモードのみです。^{[ 31 ]} GDDR5X は、チップあたり 190 ピン (190 BGA ) を使用します。^{[ 30 ]}比較すると、標準の GDDR5 はチップあたり 170 ピン (170 BGA ) です。^{[ 31 ]}そのため、変更されたPCBが必要です。 QDR（クワッドデータレート）は書き込みコマンドクロック（WCK）を基準として、ODR（オクタルデータレート）はコマンドクロック（CK）を基準として使用されることがある。^{[ 32 ]}

GDDR5Xの商用化

Micron Technologyは2016年3月にGDDR5Xチップのサンプル出荷を開始し^{[ 33 ]}、2016年5月に量産を開始した^{[ 34 ]。}

Nvidiaは2016年5月6日に、GDDR5Xを採用した最初のグラフィックカードであるPascalベースのGeForce GTX 1080を正式に発表した。 ^{[ 35 ]}その後、GDDR5Xを採用した2番目のグラフィックカードであるNvidia Titan X (Pascal)が2016年7月21日に、^{[ 36 ]} GeForce GTX 1080 Tiが2017年2月28日に、^{[ 37 ]} Nvidia Titan Xpが2017年4月6日に発表された。 ^{[ 38 ]}

• インターフェースのビットレート一覧

• GDDR5 SGRAM入門(ELPIDA著)
• GDDR5メモリシステムの正確な測定方法
• GDDR5のピン配置と説明