經常有網友問“GPU都DDR6了為什麼CPU還在用DDR4?”，如果簡單的回答說你漏看了一個G字，似乎並不能令人滿意。問題接踵而來，GDDR6比DDR4如何？6這個數字顯然看起來比4牛了不少。如果我們用一個用於GPU，一個用於CPU來分野，也似乎十分蒼白。DDR可以用於顯卡。同一個GPU核心，往往低端顯卡用DDR內存，高端用GDDR內存，再高端用HMB2內存；GDDR也可以用於主存。PS4和Xbox One用了同樣的AMD CPU，但一個用了GDDR，另一個用了DDR。GDDR和DDR的應用場景模糊了起來，那麼是什麼原因，為什麼電腦主存都是DDR，而顯存大多是GDDR？

儘管GDDR6的6說明不了什麼，但如果我們來觀察市面上最新的內存產品：GDDR6和DDR4，就會發現GDDR6似乎佔盡優勢。脫胎於DDR3的GDDR5/GDDR5x和GDDR6以高帶寬著稱，同時功耗也相當低，更加省電：

（注：LP4是指LPDDR4）

似乎暗示我們GDDR才是未來的發展方向，是這樣嗎？答案是否定的。為了讓大家知其然，也知其所以然，我將GDDR的冤家HBM2也放進來，來個一鍋燉，綜合介紹一下他們的區別。對技術不感興趣的同學可以直接看結論部分。

我前面已經介紹了大量的DDR相關內容，篇幅所限，不再重複。沒有看過的同學可以移步那裡，它們是讀懂本文的基礎。我們重點放在GDDR和HMB的技術細節，以及和它們和DDR的比較。

GDDR5/GDDR5x/GDDR6

GDDR3已DDR3為基礎，慢慢發展到GDDR6，已立四代。名字裡面的G字，表明了它是為了顯示優化而來。它的內存顆粒區別於DDR的DRAM，叫做SGRAM (synchronous graphics random access memory)。

它的內存訪問方式也和DDR（Double Data Rate）一樣，在時鐘上下沿各採樣一次，對得起名字中的Double字樣。DDR4也是如此，所以我們看傳輸率是時鐘的兩倍：

注意紅框和籃框部分的比較

但我們看GDDR5的參數就會發現不同：

7Gpbs是1750MHz的4倍而不是2倍，這是怎麼回事呢？秘密就隱藏在GDDR對DDR的改變上：引入了WCK/WCK#（word clock），它的速度是CK/CK#的兩倍，而數據DQ的採樣是在WCK而不是在CK的上升沿和下降沿採樣。此改動將傳輸速度憑空提高了一倍，從而主要拉開了和DDR的差距。相比差不多的DDR4 1600MHz，只提供3200MT/s，而1750MHz的GDDR5，則提供7000MT/s的傳輸率。

GDDR5單顆顆粒提供x32的位寬，如上圖籃框所示，提供：7G × 32bit / 8bit = 28GB/s的帶寬。最高可以達到32GB/s。加上GDDR的控制器Channel往往比DDR多很多，整體傳輸率是十分大的。

GDDR5x在此基礎上引入了QDR（quad data rate）：

又在此基礎上再次翻倍，在WCK的週期採樣四次！嚴格意義上已經不是DDR了。這讓它的傳輸率可以高達14Gbps（保留上衝16Gps），單顆粒可以高達56GB/s。GDDR6再次提高，最高可以單顆粒提供72GB/s的超高帶寬。

GDDR從LPDDR，也就是手機等低功耗設備的標準中吸取了不少內容。這有助於讓顯存相當省電，電壓相對DDR來說更低。

HBM和HBM2

HBM全稱High Bandwidth Memory。一般一個HBM內存是由4個HBM的Die堆疊形成：

我們叫做一個Stack。Stack和Stack之間是獨立的，各自有自己的地址空間。每個Die都有獨立的兩個128bit的Channel，4個Die就有8個Channel總共1024bit的位寬！

這樣儘管HBM的頻率並不高，一般只有500MHz，但也是DDR方式訪問，所以帶寬總共：

500 × 2 × 1024 / 8 = 128GB/s

一出現就已經超過了當時的GDDR5x，甚至最新的GDDR6都自嘆不如。HBM2更將頻率提高一倍，整體單Stack帶寬高達256GB/s！更是從4層Die，變成了8層，容量可以更大：

像不像三星自己的開發大樓？:)

HBM還有個優勢是封裝相當小，同樣容量比GDDR6小很多，這就是3D封裝的好處：

注意GDDR5是小b,而HBM2是大B，容量是GDDR的4倍，但更小。小封裝讓GPU的顯卡更小，一個典型的GPU對比：

HBM顯然更加小巧。我們比較一下兩者的帶寬：

GDDR5：12 channel ×28GB/s = 336GB/s

HMB: 4 stack × 128 = 512GB/s

HMB相對GDDR來說，帶寬高，更省電，封裝更小，簡直完美？那GDDR為啥還存在？

為什麼DDR和GDDR還存在？HBM有啥弱點？

似乎DDR完全沒有存在的必要，較GDDR帶寬低功耗高：

而我們知道DDR不僅活著還在緊鑼密鼓的張羅馬上就要上市的DDR5，這是為什麼呢？GDDR為了圖像顯示和渲染，帶寬很大，更省電，但有四個重要的缺點：

1.延遲高。也就是CAS的Latency高，這讓GDDR更適合圖像處理這種高併發的，大塊搬移內存的操作。而像CPU這種幾乎完全隨機的訪問，延遲更加重要。

2.容量小。我們知道 X幾對內存容量是十分重要的。GDDR一般X32甚至X64，不容易組成大容量內存。

3.價格貴。工藝要求高，時序複雜，更貴。

4. 不適合CPU cacheline。這個我就不展開講了，大家可以參考我講的為什麼DDR4是8n prefech來考慮這個問題。

HBM的缺點呢？那就是更貴，貴的多。堆疊技術讓傳輸速度快，信號質量好，更近更省電，但1024個bit的位寬是個大麻煩：

注意TSV，也叫做硅通道。它負責穿透堆疊的Die來傳輸數據和信號。別看示意圖中就幾個，實際上1024個bit的位寬這種通道可以達到超過4000個！製作工藝十分複雜。也很貴，這是HBM不能鋪開的最主要原因。

結論

東西雖好也怕貴啊，只有合適的才是最好的。HBM雖好，但是太貴了。DDR還是會存在相當長的一段時間。但如果Intel和AMD的CPU上HBM2，也應該只出現在高端和服務器CPU中。

如果引入HBM在內存系統中，加上DIMM類型的傲騰內存，我們就可能有三種內存共存的情況，每種內存都有自己的好處：HBM快，但是少；DDR內存多些，居中；傲騰內存最慢，但是容量大，而且內容不會丟失。三種內存可以形成互相cache的關係，也可以都報告給操作系統，讓操作系統根據它們的特性和任務的特性，來主動選擇具體存在哪裡。如此，就形成了異構內存系統，這是內存發展的方向。