決戰多螢幕,大容量 VGA 記憶體實戰:容量多1倍、效能多2%

決戰多螢幕,大容量 VGA 記憶體實戰:容量多1倍、效能多2%

ADVERTISEMENT

顯示卡記憶體主流容量越來越大,從早期64MB、128MB到現在1GB、2GB,還有高階卡一舉提升到4GB,而TITAN也打破紀錄一次攻頂到6GB。但相較於記憶體容量,主流螢幕解析度的成長相對緩慢,目前多數仍為1920 x 1080等級。現在顯示卡的記憶體是不是早已突破瓶頸?買顯卡時,是否需要多花10%的成本,去換那多1倍的記憶體容量,換回來到底有沒有價值?

快速瀏覽:

記憶體好大好便宜

當年低階卡搭配64MB、128MB左右的記憶體恰如其分,但是最近越來越多的低階卡記憶體容量上看2GB,不禁讓人懷疑這樣的搭配到底是有何意義。姑且不論低階卡,就連高階卡容量也邁入4GB大關,一般中階卡記憶體容量也從以往256MB、512MB增加到1GB甚至2GB。

根據公式,一般2D影像在1920 x 1080的解析度底下,每幀(Frame)影像需要約7.91MB的空間。如果是3D影像則是再把上述數字再乘以3,大約是23MB左右。即便需要儲存多幀影像,但其所需記憶體總容量,已經跟現在顯示卡搭載的主流記憶體有明顯的落差。不過,遊戲的材質、反鋸齒等特效也會佔用記憶體容量,外加逐漸重要的GPGPU等運用,最後還有「未來」可能出現的多螢幕需求,也有一派認為大容量記憶體仍有其必要性。

解析度與記憶體容量關係式

2D影像:每幀影像需要記憶體容量=(水平解析度 x 垂直解析度 x 色彩深度)/8bit

3D影像:每幀影像需要記憶體容量=(水平解析度 x 垂直解析度 x 色彩深度 x 3)/8bit

舉例來說,解析度1920 x 1080的螢幕,在32位元色彩深度的環境下,其2D影像所需容量為:(1920 x 1080 x 32)/8bit =8294400Byte8294400Byte=8294400/1024/1024=7.91015625MB

理論篇:GPU、記憶體運作流程

早期記憶體價格昂貴,且容量相當小,即使螢幕解析度低、色彩深度低,但是記憶體容量只有數MB的情況下,容量很容易變成效能瓶頸。自然就會出現所謂:記憶體容量越大,可使用的解析度越高的觀念。時至今日,記憶體容量成長率遠高於螢幕解析度的成長幅度,買大容量記憶體的顯示卡還有什麼用處?

接下來,我們先了解GPU與記憶體的運作原理,再來實測大容量記憶體與效能的關係式,驗證大容量記憶體到底是噱頭還是真有其功效。先從GPU的運作談起,不論你是要跑遊戲、看影片還是GPGPU運作,其實都離不開這GPU運作流程。

GPGPU

GPGPU是General Purpose Graphics Processing Unit的縮寫,中文為通用繪圖處理器。這類GPU可取代傳統CPU運算進行高速運算,透過GPU內多個核心平行運算,某些領域的運算效能會比CPU來的出色,後來GPGPU也大多泛指透過GPU平行運算的技術。

影像輸出CPU占一半

雖然影像輸出看似GPU的工作,但實際上CPU得要負擔一半的責任,且不論是3D遊戲、影片播放都是如此。從遠一點的角度來看,CPU負責影像輸出前端工作,遊戲或影片播放的需求進到CPU來,先透過DirectX、OpenGL、DXVA等API(Application Programming Interface,應用程式介面)轉換成統一標準,再來進到驅動程式內,以上這段都是由CPU負責。從上可知,就算玩遊戲CPU也會在其中扮演一定的角色,效能貧弱的CPU的確可能成為遊戲效能的瓶頸。

驅動程式處理完之後,就是丟到GPU內運算,運算完畢則是放置到記憶體內儲存。當有需要的時候,再將記憶體內運算好的資源送到RAM DAC,將GPU運算的數位訊號重新編譯,轉為類比訊號再由D-sub介面傳輸。若使用的是數位訊號,像是DVI或HDMI,則是由TMDS通道直接傳輸。

決戰多螢幕,大容量 VGA 記憶體實戰:容量多1倍、效能多2%

▲不論何種影像輸出,都離不開CPU的前端工作。這也是為什麼有些人認為CPU會影響遊戲效能的原因之一,但是依照編輯部的經驗法則,主流等級的處理器應付前端處理工作都沒問題,CPU影響會效能大多是某些特殊遊戲(例如使用CPU做物理運算),或是太老舊所致。

決戰多螢幕,大容量 VGA 記憶體實戰:容量多1倍、效能多2%

▲把顯示卡運作流程極度簡化後,應該不難看出記憶體是輸出前的最後一道關卡。如果輸出的是類比訊號,則再多經過RAM DAC處理。若使用數位訊號,則會直接經過TMDS通道傳輸到螢幕。

RAM DAC

RAM DAC(Digital Analog Converter,數位類比轉換器)是顯示卡內的電子元件之一,作用是將GPU運算後的數位訊號重新編譯成類比訊號,並由D-sub輸出到螢幕。RAM DAC的速度單位是MHz,時脈會影響螢幕的更新率與解析度。因此除了記憶體容量可能成為解析度瓶頸外,RAM DAC更是直接影響解析度的高低。

另外,早期RAM DAC的規格會影響到輸出的色彩深度,像是8bit就只支援2的8次方,也就是256色輸出。現在規格到了極限,都能應付高解析度與高階色彩深度,RAM DAC的作用自然就很容易被遺忘。加上數位訊號的普及,RAM DAC早晚有天會從顯卡上消失。

硬體通吃的統一標準

看到這流程,應該會有疑問為什麼要多API這道手續,直接由軟體存取硬體資源不就好了,還能節省一道手續減少轉換上的效能耗損。的確,DOS時期應用程式可直接存取硬體資源,但是也就讓遊戲廠商傷透腦筋。因為缺乏統一標準,每套遊戲都要針對特定硬體支援,而且這還不只GPU,連音效卡甚至是搖桿等裝置都需要對應的語言,造成遊戲製作相當大的障礙。直到DirectX等標準出現後,軟硬體的問題才得以解決。

記憶體是資料倉庫

回到這次的主角記憶體,在影像輸出的流程中,記憶體扮演的角色類似倉庫。不過相較於記憶體的容量,另外還有2個規格跟1個數字你得要記住,2個規格是記憶體時脈(Memory Speed)與記憶體介面頻寬(Memory Interface Width),數字則是記憶體頻寬(Memory Bandwidth)。

時脈不用多說就是速度,從SDRAM到DDR甚至是GDDR時期,速度都不停翻升。而記憶體介面頻寬(Memory Interface Width)經常跟記憶體頻寬(Memory Bandwidth)混淆,從英文來看會比較容易了解。前者指的是傳輸介面的寬度,後者才是意義上真正的頻寬。專有名詞可能不是很容易了解,用道路來舉例會更清楚。時脈就像是車子的速度,像是70km/h,介面頻寬就是車道寬度,像是雙線道、四線道,而頻寬就是兩者的乘積:單位時間內能通過的車流量。最後,記憶體容量就是位於公路末端的倉庫。

頻寬是兩者相乘

對於現代顯卡效能而言,理論上頻寬會比容量重要,從上述例子來說,現在的顯卡容易碰到的情況是倉庫很大塞不滿,但是車流量卻不太夠用。回到理論面來看,記憶體頻寬的公式如下:

記憶體頻寬=工作時脈 x 記憶體介面頻寬/8bit

GTX 680來說,該卡記憶體時脈是6Gpbs,記憶體介面頻寬是256bit,而記憶體頻寬就是兩者相乘除以8bit,可得到192GB/s。從公式也可以對記憶體規格稍做判斷,以前有不少顯卡會同時推出2種型號,差別在於記憶體顆粒的種類,常見的有高時脈配低記憶體介面,另一種則是低時脈配高記憶體介面,套用公式算一下就能求得頻寬,用頻寬做為統一標準計算,會比單純比較DDR2或是GDDR3等類型有意義。

容量用於減少瓶頸

說這麼多,那這次的主角記憶體容量到底是做什麼用?一言以蔽之就是倉庫。先前有提到,記憶體主要用於儲存運算的貼圖、多邊形等資訊,GPU運算完畢後會將資訊儲存在此等候RAM DAC提取,或直接經由數位介面輸出到螢幕顯示。現在記憶體容量或許已不是影響解析度的關鍵,但是可能成為其他瓶頸。遊戲特效過於豐富,像是高強度AA(Anti-Aliasing,反鋸齒)就可能吃掉更多的記憶體容量,但是多大的記憶體才夠用?這是我們接下來要探討的重點。

筆者認為,記憶體容量會限制效能,但是不太會增加效能。舉例來說,相同特效下若1GB記憶體夠用時,就算加到2GB也不會讓效能提升。因為此時倉庫(容量)夠大,但是車流量(記憶體頻寬)是瓶頸,加大倉庫並不會讓貨物運送更順暢,改變車速(記憶體時脈)、車道(記憶體介面頻寬)才會讓貨物運送更快。那實際上是怎樣?接著來看效能篇的驗證。

決戰多螢幕,大容量 VGA 記憶體實戰:容量多1倍、效能多2%

▲顯示記憶體容量不夠怎麼辦?當年NVIDIA把腦筋動到系統記憶體頭上。TurboCache技術透過MMU(Memory Manager Unit)控制容量分配,並經由PCI-E介面動態使用系統記憶體。例如顯卡本身只有64MB,最大可使用256MB的系統記憶體,此舉有助於降低顯示卡成本。但系統記憶體會被動態佔據,可使用量會減少,加上效能不如正常版本。因此TC版本只有出現在入門卡上,像是當年的GeForce 6200 TC。

同型不同款,差別在容量

決戰多螢幕,大容量 VGA 記憶體實戰:容量多1倍、效能多2%

▲市面上有不少顯卡都有不同容量的版本,但是要找張核心、時脈、佈局相似的卡就有點困難。還好這次編輯部從技嘉取得規格相近的GTX 680與GTX 650 Ti,才能讓我們有機會針對容量變數進行測試。

延伸閱讀:

一個打兩個,NVIDIA GeForce GTX TITAN 對決 GTX 680 SLI 實測

Crysis 3 Beta 公測開始,硬體大屠殺來了,你的顯卡、CPU 能跑嗎?

GTX 650 Ti 徹底解析:Kepler 最後拼圖,填補5000元價位中階卡

NVIDIA 中階卡 GTX 660 對決 HD 7870,3大廠 GTX 660 拆開比拼

GTX 660 Ti 解析:越級挑戰前卡王、與萬元價位競爭對手實測比較

(後面還有-效能篇:大容量記憶體用處少)

魯蛇實驗室
作者

戶田惠梨香 新垣結衣 長澤雅美 吉高由里子 志田未來 北川景子 香里奈 竹內結子 北乃紀伊 菅野美穗 黑川智花 宮崎葵 夏帆 貫地谷詩穗梨 石原里美 有村架純 井上真央 真野恵里菜 能年玲奈 深田恭子

使用 Facebook 留言
littlechio
2.  littlechio (發表於 2013年5月02日 15:58)
其實我比較好奇的是低階卡的效能差多少?因為現在的低階卡都給到2G,好奇的是這樣有用嗎?比如說 GDR5 1G 和 GDR3 2G 效能差多少,我身邊願意花 3000 元以上買顯卡的人並不多。
FUCXSOP
3.  FUCXSOP (發表於 2013年5月02日 20:50)
我之前有一張舊卡 GTX580 1.5GB
那時候我朋友說他用的筆電顯卡高達 2GB 所以可以電爆我的卡
而且還比我新一代
殊不知
他的卡是 GT610M 2GB ╮(╯_╰)╭
魯蛇實驗室
5.  魯蛇實驗室 (發表於 2013年5月03日 01:56)
※ 引述《littlechio》的留言:
> 其實我比較好奇的是低階卡的效能差多少?因為現在的低階卡都給到2G,好奇的是這樣有用嗎?比如說 GDR5 1G 和 GDR3 2G 效能差多少,我身邊願意花 3000 元以上買顯卡的人並不多。

以理論上來說
記憶體頻寬重要性會高於記憶體容量
如果是我,會選擇1GB GDDR5也不要2GB GDDR3

但實務上而言
低階卡的效能大多卡在GPU而非記憶體
給再大的容量或頻寬都沒用,GPU就是畫不了這麼多的Frame
pcNerd
2人給推

6.  pcNerd (發表於 2013年5月03日 08:28)
文章从理性分析的非常好,那么我就从感性上分析一下为什么会产生这种情况。首先,硬件厂商这么做估计多是为了迎合消费者的“喜好”来进行配置的。从第一直觉上,很多东西我们总是想当然的认为越大越好越多越好,比如钱,那些钱多到几辈子都花不完的人,他们会嫌自己钱太多么?
当然,这与电脑硬件没有直接关系,例子只是想说明“人性”有贪婪的特质。从这些年的趋势看,内存容量在翻番,价格在下跌(近期除外),估计显存成本在整卡中占到的比例已经不高,那么以低端卡相比之下蝉弱的GPU 3D性能如何取悦买家的青睐呢。很显然,显存容量便成为一个非常好的卖点。
当用比较低的价格买到一块巨大显存的板卡时,那么消费者心理就会想当然的建立起“强悍”的概念,进而认为“超值”,购买意愿便会更加强烈了。所以,我相信在厂家在统计自己产品出货量时会直接发现到,同样GPU的板卡,更大容量显存配置的销量便越大,所以。。。。。。╮(╯_╰)╭
而实际上,这应该还是GPU厂商把自己的产品型号定的过多过杂的结果。暂且不论它们这么做是否为了混淆消费者视听,暂且先用善良的心态看待厂商只是为了充分的竞争。面对如此繁杂细分的型号,如果不是一个资深的DIY玩家,你怎么判断显卡是强还是弱,处在一个什么样的水平呢?很显然,一知半解的多数普通消费者,便把性能指标建立在了更加显而易见的东西上。
最后,从社会意义上来看,这种巨大的资源浪费挺让人心痛,也是非常可耻的。
發表回應
謹慎發言,尊重彼此。按此展開留言規則