Storia della memoria delle schede video

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Nata negli Anni ’70, la memoria grafica è andata incontro a una veloce evoluzione. Lo standard odierno è il GDDR5, ma ci si prepara all’ennesima rivoluzione

In principio c’era la VRAM. Si era a cavallo tra la fine degli Anni ’70 e l’inizio degli Anni ’80 dello scorso secolo e i laboratori di ricerca e sviluppo di IBM sfornavano la Video RAM, primo modulo di memoria ad accesso casuale progettata e realizzata appositamente per schede video. Da allora la RAM grafica ne ha fatta di strada, da un lato adattandosi alle pressanti richieste di un settore in continua evoluzione e, dall’altro, consentendo di migliorare in maniera esponenziale le prestazioni delle schede video.

È grazie a questa componente, simile, per forma e ruolo svolto, alla RAM “propriamente detta”, che oggi si può giocare senza grossi problemi con giochi tridimensionali dall’aspetto sempre più realistico e che la computer grafica ha fatto passi da gigante.

Come sono create le immagini dal computer

 

immagini scheda video

 

Quando guardiamo lo schermo di un dispositivo informatico – computer desktop o lapotp o un dispositivo mobile come lo smartphone – le immagini che compaiono sono frutto di una stretta collaborazione tra la CPU (Central Processing Unit), l’unità di calcolo principale del dispositivo, e la GPU (Graphic Processing Unit), il processore grafico presente all’interno della scheda video. Nello specifico, il processore centrale si occupa di disegnare le forme degli oggetti che compaiono sullo schermo, mentre l’acceleratore grafico prende in carico tutto il resto (il calcolo in tempo reale degli algoritmi grafici e quindi l’elaborazione del rendering delle immagini).

Così, in caso di immagini bidimensionali, il processore si occupa di “definirne” i contorni, mentre la scheda video si occupa di colorare gli spazi interni. Un po’ più complesso il discorso quando si parla di immagini tridimensionali: mentre la CPU continua a disegnare (poligoni, in questo caso), il compito dell’acceleratore grafico è quello di calcolare le varie sfumature di colore, la presenza e l’effetto delle ombre, fino ad arrivare agli effetti visivi più complessi (anti-aliasing, trasparenze e così via).

RAM della scheda video, a cosa serve e quanta ne serve

 

ram scheda video

 

In questo processo, la RAM dedicata della scheda video ricopre un ruolo paragonabile a quello svolto dalla memoria di lavoro del sistema informatico. Come si sa, le varie componenti di un computer hanno velocità di funzionamento differenti. Il processore, in particolare, è solitamente di gran lunga più veloce del disco rigido: ciò provoca un collo di bottiglia che rallenta il funzionamento generale del sistema. La RAM funge da “cuscinetto”, lavorando a una velocità assimilabile a quella del processore (più lento di questo solo di un paio d’ordini di grandezza) ed evitando così che il collo di bottiglia sia troppo stretto.

La RAM della scheda video svolge, a grandi linee, lo stesso ruolo: ospita tutti i dati(diverse centinaia di megabyte ogni secondo) necessari alla GPU per colorare i vari poligoni e aggiungere ombre ed effetti ottici alle immagini. Insomma, quando si va ad assemblare un PC gaming (discorso analogo nel caso in cui si debba “lavorare” nel campo della computer grafica, come nel caso dei grafici professionisti e degli animatori di immagini digitali) si deve fare attenzione alla quantità di memoria RAM dedicata della scheda grafica: più se ne avrà a disposizione, maggiore sarà la quantità di dati che la GPU potrà macinare. La memoria da sola, però, non basta: è necessario anche che l’acceleratore grafico sia sufficientemente potente da sfruttare lo spazio (e i dati, di conseguenza) che la RAM gli mette a disposizione.

Storia ed evoluzione della RAM nella scheda video

Va da sé che, nel corso degli anni, la RAM per scheda video abbia dovuto adattarsi alle diverse esigenze. Al crescere della mole dei dati da archiviare, la memoria di lavoro non è solo cresciuta in dimensioni, ma è diventata anche più veloce e “abile” nell’assecondare le esigenze della GPU.

VRAM, WRAM, MDRAM e SGRAM

 

wram

 

Come già accennato, la prima RAM dedicata a compiti grafici viene sviluppata nei laboratori di IBM nella seconda metà degli Anni ’70 per fare poi il suo esordio nei primi Anni ’80 a bordo dei personal computer del produttore statunitense. Chiamata VRAM (molto semplicemente, acronimo di Video RAM), era dotata di una funzionalità Dual Ported, permettendo così l’accesso contemporaneo sia in lettura che scrittura. In questo modo la GPU poteva accedere ai dati presenti in memoria ed elaborarli, per “disegnare” sullo schermo le immagini mentre riceve altri dati da archiviare da parte di altre componenti del computer. La VRAM, inoltre, integrava un row-buffer, una porzione di memoria volatile nella quale depositare dati letti ma ancora in attesa di essere elaborati dalla GPU. L’evoluzione della VRAM arriva circa un decennio più tardi ed è opera di Samsung.

A partire dai primi Anni ’90 sbarca sul mercato la memoria WRAM (acronimo di Windows RAM, anche se non ha nulla a che fare con il più datato sistema operativo di Microsoft): caratterizzata da prestazioni più elevate – 25% più veloce del suo predecessore, grazie alla possibilità di gestire grandi blocchi di lavoro – e costi di produzione di gran lunga inferiori, è stata utilizzata su schede grafiche di grande successo.

In questi stessi anni arriva sul mercato una soluzione alternativa e sviluppata a partire dalla VRAM: si tratta della MDRAM (acronimo di Multibank Dynamic RAM), formata da tanti, piccoli moduli di memoria DRAM attivati e letti più velocemente che in passato. Ciò permette di aumentare la banda di trasmissione dei dati e ridurre, di conseguenza, la quantità di spazio necessario per archiviare le informazioni grafiche (un’immagine 1024×768 pixel a 16,8 milioni di colori richiede “appena” 2,2 megabyte di spazio di allocazione in memoria).

 

sgram

 

Sul finire degli Anni ’90 del secolo scorso arriva, infine, la tecnologia SGRAM(acronimo di Synchronous Graphic RAM): in questo caso la memoria è in grado di lavorare alla stessa frequenza del BUS (Binary Unit System, il supporto che mette in comunicazione le vari componenti di un sistema informatico) di sistema (per questo è definita Synchronous), ma perde la funzionalità Dual Ported. Allo stesso tempo, però, la GPU può accedere a due banchi di memoria in contemporanea, riuscendo così a sopperire alla perdita del DP.

L’avvento della GDDR

 

geforce fx5800

 

Il successo delle RAM Double Data Rate fa sì che i produttori di schede grafiche adottino la medesima tecnologia anche per la memoria di lavoro grafica. Questa soluzione permette di migliorare ulteriormente le performance della scheda video sfruttando una frequenza di lavoro superiore e un BUS di trasmissione più ampio. La prima scheda video a mondare un modulo GDDR (acronimo di Graphic Double Data Rateè la Nvidia GeForce FX 5800, datata gennaio 2003. L’implementazione, però, non fu immediata: i primi prototipi erano caratterizzati da un problema di surriscaldamento (a causa dell’onnipresente effetto Joule) e solo con lo standard GDDR3 i moduli divennero sufficientemente stabili da poter essere utilizzati senza grossi problemi.

Tra presente (GDDR5) e futuro (GDDR6 e HBM)

 

hbm scheda video

 

L’ultima iterazione di questo standard è il GDDR5, arrivato sul mercato a partire dalla serie ATI HD4000. Rispetto alla versione precedente, garantisce una velocità di trasferimento dati di gran lunga superiore unita a consumi energetici particolarmente ridotti. Lo sviluppo delle RAM dedicate alla scheda video, però, non si è affatto arrestato e presto si potrebbe assistere all’affermazione di un nuovo standard “dominante”. Mentre da un lato si sta implementando il GDDR6(costituito da niente di più che un affinamento delle GDDR5), ATI ha ideato e sviluppato una nuova tecnologia denominata High Bandwith Memory (abbreviato in HBM), che consente di ridurre le dimensioni e consumi dei moduli di memoria, facendo crescere la velocità della scheda grafica. Caratterizzati da una diversa configurazione e organizzazione interna, nelle RAM HBM i moduli di memoria sono disposti in verticale (uno sull’altro) e collegati in parallelo: ciò consente di aumentare le performance di BUS e quindi la capacità di trasferimento dati tra memoria e GPU.

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