桌上型電腦和筆記型電腦中的3D rendering效益快速增加，其中記憶體頻寬扮演著關鍵性的角色。過去五年來，高階繪圖系統的記憶體頻寬每年以30％的速度成長。繪圖記憶體系統的頻寬遠遠超過PC主記憶體的頻寬。為能滿足此種對頻寬的高度需求，必需要定義出特定的繪圖記憶體I/O標準。2005年，在繪圖市場上，全新的GDDR3標準有了突破性的發展。

繪圖記憶體之發展史

最早期的繪圖記憶體和標準的通用DRAM有很大之差異性。這些早期的繪圖記憶體包括了一些特別的功能，用來支援3D rendering和視覺化過程的種種操作。一代一代下來之後，繪圖記憶體逐漸整合成標準的通用DRAM。邏輯的處理部份完全被放在GPU中，而繪圖記憶體則專門負責DRAM的核心功能。因此，使得繪圖記憶體的頻寬需求大為增加。

在90年代末期，標準的通用記憶體不再能夠提供繪圖處理器所需的頻寬。記憶體變成系統的一個瓶頸，因此誕生了x32 GDDR記憶體。英飛凌（之前的西門子半導體）是第一家推出雙倍數據傳輸率RAM的公司。該公司所提供的32Mbit DDR-SGRAM 是全球最快的繪圖記憶體。在2001年，英飛凌又推出了後續的設計，一項128Mbit（4Mx32）的繪圖DDR。

推出128Mbit GDDR之後，英飛凌製作了繪圖記憶體的第一個BGA（Ball Grid Array）封裝方式。一個BGA封裝，和TSOP或TQFP封裝相比較，具有兩個內在優勢，第一個是它的幾何優勢，和之前所使用的TQFP封裝相比較，新的BGA封裝在繪圖卡上只需要佔用一半的電路板空間。在筆記電腦繪圖系統上，這個優勢是非常理想也很成功的。BGA封裝的第二個優勢是它在所有訊號和地址線上大量的降低了電性寄生的狀況。在增加數據傳輸率上，降低電性寄生是一項必需的條件。

在128Mbit GDDR方面，GDDR標準的時代已經過去了，因為它無法滿足對頻寬增加的需求。繪圖產業需要一個新標準，一項更為先進與最優化的標準，以適用於更高的數據傳輸速度。而GDDR2是沒有實際被應用的，此標準從來沒有進入量產過。GDDR3則是替代GDDR的一項標準。

在2004年，256Mbit GDDR3產品正式出現在市場中，接著在2005年又再推出一個512Mbit GDDR3產品，其clock頻率高達800MHz，又是採用最小的FBGA封裝。

GDDR3繪圖記憶體標準

GDDR3標準從通用的DDR2標準借用了許多的功能特性，並且將這些功能最優化以達到更高的數據傳輸速度和更低的功率消耗。

和GDDR相較，GDDR3的主要創新所在是在操作電壓上，從2.5V降至1.8V，晶片上的訊號也有終端電路，不再像GDDR中沒有終端設計的訊號線，還有一個動態控制的阻抗輸出驅動器，一個4bit prefetch和一個單向單端式之數據strobe。所有這些功能都是更高數據傳輸率、改善的訊號完整性以及更低功率消耗所必需的。有了這些改變，GDDR3記憶體便能夠比GDDR和DDR2標準達到更高的數據傳輸率。

在傳送頻率愈來愈高的狀況下，訊號線必需在其端點加上電阻，以防止因反射造成在訊號線上的干擾，降低訊號的品質。在GDDR中，訊號線必需以外加的電阻達到終端連接，這些電阻都是被焊接在記憶體附近的印刷電路板上。在GDDR上外加終端電阻，可以稍微增加頻率範圍，不過，此種終端連接法無法支援在GDDR3中高達800MHz或甚至更高的頻率範圍所需要之訊號完整性。因此，GDDR3採用了晶片上之訊號終端方式，其終端電阻被整合入記憶體晶片當中。

另一項支援可靠的高速點對點傳輸之重要功能特性是採用阻抗的Vddq終端方式。GDDR3的I/O介面是一種虛構的開放drain邏輯，其匯流排的兩端都有終端連接。其中的一端，接了一個動態控制的驅動器，具有40Ohm的阻抗，另一端的接收器則接了60Ohm的訊號線終端。

(表一)是GDDR和GDDR3以及DDR2標準的比較。

3D Rendering系統中的基本功能和工作負荷之分配

在一個互動式的3D遊戲中進行畫面的計算，可用一些基本的步驟來形容。第一步，3D的景象是由玩遊戲的人下指令所產生的計算結果。3D景象是指所有物件在虛擬三度空間的安排和定位方式。這個部份的計算是由PC的CPU所進行的，之後CPU將3D景象交給GPU。GPU的工作是將3D景象轉至一個二度空間的畫面，可以在顯示器上播放。這個部份的GPU工作稱為3D rendering。此時必需考慮幾個特效以達到畫面的真實性，這些特效包括顏色、紋路、多重延伸式的燈光源、陰影、反射、透明性、光線之吸收、不透明材料等等。所有這些特效都需要強大的記算能力以及特別快速和寬廣的記憶體介面，以能隨機性的存取記憶體，而只需最少的等待時間。記憶體頻寬和大小主要是由參數的值來驅動，必需將此值儲存好並快速的取出使用，高度來回重覆計算的中間結果亦必需儲存起來。所有這些計算都是以即時的方式進行，每一秒鐘超過40個圖框。

整合式和獨立式之繪圖應用

一般來說，可以將各種繪圖系統分成兩大類別，一個是整合式繪圖系統，另一個是獨立式繪圖系統。

在整合式繪圖系統方面，繪圖處理器是內建在PC晶片中，該晶片則是被焊接在筆記電腦或桌上電腦的主機板上。這些整合式的系統使用PC的主記憶體做儲存及caching的動作，因此，在兩方面會限制住3D rendering的效能。第一，記憶體的最大頻寬會被限制在標準的主記憶體頻寬；第二，繪圖系統必需同時和CPU以及其他在PC上使用記憶體的各個部份共同分用此頻寬。採用Toms Hardware Page（www.tomshardware.com）進行的Benchmark測試很清楚的顯示出整合式系統無法提供足夠的rendering能力給高階的3D遊戲使用。

獨立繪圖系統包括一個獨立工作的繪圖處理器，加上一個專用的繪圖記憶體，直接連接到獨立的GPU。此類獨立繪圖系統經由標準的PCI-E（之前為AGP）匯流排連接至PC晶片組。此類獨立式GPU的3D效能會遠遠超過整合式繪圖處理器之效能，在記憶體頻寬的需求亦是如此。這些Benchmarks顯示出獨立式繪圖系統之效能超過整合式繪圖系統效能之比例為3對20之比。在達到此卓越的效能上，記憶體I/O技術和記體頻寬扮演主導的角色。

玩家級以及高階繪圖卡都使用特定的x32架構之繪圖記憶體。此類系統目前都採用GDDR3記憶體，具有512MB之圖框緩衝區，其clock頻率為500至800MHz。此類架構可提供高達410Gbps記憶體頻寬給GPU，是高階PC主記憶體的12倍。目前高階筆記電腦繪圖系統具備256MB圖框緩衝區，採用的是500MHz GDDR3記憶體，提供給GPU的記憶體頻寬是此類筆記電腦主記憶體頻寬的五倍。

主流式的繪圖系統一般採用x16架構的記憶體組件。大部份新主流繪圖系統都採用DDR2 I/O技術，其時脈頻率大約為400MHz。此類系統比整合式繪圖系統的效能還是好很多。

整合式和獨立式繪圖系統之市場

根據Mercury Research，在PC系統中獨立繪圖方式所佔的比例在過去幾年有稍微的波動，大約為40％～45％。在3D作業系統方面，像是Windows Vista就被預期會增加一台一般性的PC在3D rendering效能方面的需求，因此，很可能會影響到採用獨立式繪圖系統的比例。在2005年，Mercury Research預測在獨立式繪圖系統方面，將有105mio之市場，而將會有160mio PC系統裝置整合式繪圖系統。其中，22mio之獨立式繪圖系統會被裝入筆記型電腦，而83mio裝入桌上型電腦。

展望

未來對於記憶體頻寬之需求持續增加，新的技術將持續改善畫面品質，這是推動增加頻寬需求的推手。即將到來的高畫質顯示將提高解析度以及每一圖框的畫素。Rendering之技術，例如HDRR（High dynamic range rendering），是一個製作非常強的光源之光環效果的技術，會增加在每一畫素計算上的複雜度。

除了PC繪圖之外，還有其他現有的以及即將到來的繪圖DRAM市場。所有新世代的主要遊戲機都將使用繪圖GDDR3記憶體。即將進入住宅客廳的媒體中心和媒體閘道（gateways）將會具備重要的繪圖功能，以及繪圖記憶體。新的3D作業系統，例如Windows Vista，對3D rendering 效能之需求將擴展至每一台PC。（作者為Infineon英飛凌繪圖DRAM行銷經理）

延 伸 閱 讀

未來智慧手機的電源管理技術 Polycom宣佈，國際電信聯盟（ITU）已批准Polycom Siren 14技術為14kHz超寬頻音訊編碼新標準。同時將進入由ITU-T建議的G.722.1 Annex C標準的最後徵求意見（Last Call）階段。該技術現正以免版權費（royalty-free）方式提供授權，可提供接近CD音質的音訊品質，不但聲音更清晰，且減少了用戶因視訊會議所帶來的聽覺疲累。相關介紹請見「Siren14音訊技術成國際標準」一文。 iPod熱賣持續發燒，台灣MP3晶片設計廠商亦期望能趕上這個風潮。目前來說，台灣投入MP3晶片的廠商包含凌陽、聯陽、揚智與合邦等廠商。至於在2005年的表現，根據初步估計約不到5％的市場佔有率，可見得台灣IC設計廠商仍舊有很大的發揮的空間，尤其是MP3晶片報價已被壓到2美元以下。你可在「MP3晶片是台灣IC設計廠商可發揮的空間」一文中得到進一步的介紹。 音效晶片不管在DVD、音響或是電腦上，都是不可或缺的一個部分，因為它掌管了音訊的輸出品質。一套很棒的軟體或音響喇叭，若缺少了音效晶片的計算控制，聽起來就會讓人覺得索然無味。在「讓PC成為家庭劇院」一文為你做了相關的評析。

市場動態

瑞昱半導體（Realtek）發表新一代HD音效晶片ALC882。該新晶片具有高音質、多音源獨立輸出入技術、全新杜比高效能立體環繞音效功能等優勢特點，在新一代數位家庭（Digital Home）的個人電腦平台應用上，將提供多聲道、高音質音效的完整解決方案。相關介紹請見「瑞昱發表新一代HD音效晶片ALC882」一文。 英特爾發表適用於電腦的新一代PC音頻格式High Definition Audio（HAD）。HDA是產品代號名為Azalia的音頻格式，現今版本為0.9。Intel計劃公開其最終版本。同時，英特爾將於2004年上半年推出支援HDA的電腦專用chip set（晶片組）Grantsdale。你可在「Intel下一代音頻格式HDA將出爐 取代WMA？」一文中得到進一步的介紹。 MP3數位音樂風潮方興未艾，看好MP3、WMA（微軟特有的音樂壓縮格式）音效晶片市場擴增可期，多家IC設計業者紛紛投入開發工作，希望或多或少搶佔一杯羹。在「IC設計 搶攻MP3、WMA音效晶片市場」一文為你做了相關的評析。