Tema 3.d: Tecnologías de memoria DRAM utilizadas en tarjetas gráficas y videoconsolas

DRAM (Dynamic Random Access Memory) es un tipo de memoria dinámica de acceso aleatorio que se usa principalmente en los módulos de memoria RAM y en otros dispositivos, como memoria principal del sistema. Se denomina dinámica, ya que para mantener almacenado un dato, se requiere revisar el mismo y recargarlo, cada cierto período, en un ciclo de refresco. Su principal ventaja es la posibilidad de construir memorias con una gran densidad de posiciones y que todavía funcionen a una velocidad alta. En la actualidad se fabrican integrados con millones de posiciones y velocidades de acceso medidos en millones de bit por segundo. Es una memoria volátil, es decir cuando no hay alimentación eléctrica, la memoria no guarda la información. Inventada a finales de los sesenta, es una de las memorias más usadas en la actualidad.

"Random Access" indica que cada posición de memoria puede ser leída o escrita en cualquier orden. Lo contrario sería el acceso secuencial, en el cual los datos tienen que ser leídos o escritos en un orden predeterminado. Por ejemplo, un disco usa el acceso aleatorio, mientras que una cinta de ‘cassette’ usa un acceso secuencial.

Las posiciones de memoria están organizadas en filas y columnas. Cuando accedemos a la RAM empezamos especificando la fila, después la columna y por último decimos si deseamos escribir o leer en esa posición. En ese momento la RAM pone los datos de esa posición en la salida si el acceso es de lectura, o coge los datos y los almacena en la posición seleccionada si el acceso es de escritura.

Gráficas con memoria dedicada en RAM: 

Es el tipo de memoria utilizada por las gráficas integradas en placa base, de por ejemplo, ordenadores portátiles. En este tipo de gráfica la propia BIOS aparta la RAM que va a ser utilizada como memoria gráfica, siendo posible en muchos casos definir el tamaño de esta, aunque siempre dentro de unos parámetros mínimos y máximos. Este es el motivo por el que, si tenemos una placa base con una gráfica integrada de 128MB y una memoria RAM instalada de 1024MB el sistema nos va a indicar que tenemos 896MB de memoria RAM, si bien la BIOS nos va a reconocer 1024MB (que es el total de memoria RAM que tenemos instalada).

Gráficas con memoria propia: 

Se trata de gráficas que incorporan toda su memoria en la propia tarjeta. Este sistema es el utilizado por casi todas las tarjetas gráficas ISA, VESA, PCI, AGP y PCIe. En este tipo de tarjetas gráficas la totalidad de la memoria está en la propia tarjeta. 

Memorias DRAM en Tarjetas Gráficas:

- DRAM EDO: Este tipo de memoria introduce datos mientras los de salida aún no están colocados en el BUS del sistema, usando una especie de buffer. La máxima velocidad de lectura de la memoria EDO RAM es de 5-2-2-2 ciclos y es difícil crear memorias de este tipo que funcionen a velocidades de reloj superiores a 66Mhz.

- VRAM: Esta memoria es exclusiva de vídeo. Esta memoria era muy similar a la EDO, la principal característica es que se podía acceder a memoria desde dos dispositivos a la vez, tenía un puerto dual, o leer y escribir al mismo tiempo.

- WRAM: Es una VRAM optimizada. Funciona del mismo modo, con puerto dual, pero tiene un tiempo de acceso más rápido y es más barato.

- SGRAM: Es un tipo de especialización de la memoria SDRAM (de ámbito general). Añade mejoras a la hora de escribir en un solo bit sin afectar a otros y utiliza la escritura de línea entera de un mismo "color". Tiene un único puerto de entrada y salida pero puede simular un doble puerto creando dos páginas de memoria.

- MDRAM: Esta arquitectura define la memoria como un conjunto de bloques pequeños (32 KB) en paralelo conectados a un bus. Esto conlleva poder trabajar con accesos a memoria en paralelo.

- 3DRAM: Memoria optimizada para 3D, que integra en la memoria una unida ALU para poder llevar a cabo operaciones (Z-Buffer, por ejemplo) en la misma memoria.

- GDDR (1, 2, 3, 4, 5): Son memorias basadas en la tecnología DDR (dos transferencias por ciclo, en bajada y subida) pero optimizadas para tarjetas gráficas. Los distintos tipos son sucesivas mejoras en rendimiento, velocidad y amplitud de ancho de banda, pero la arquitectura sigue siendo la misma. Las tarjetas gráficas de altas prestaciones actuales usan GDDR5 y las de baja GDDR3. Por poner un ejemplo las tarjetas de memoria GDDR5 tienen velocidades en torno a los 900MHz - 1GHz, con acceso directo al procesador gráfico y un ancho de banda enorme (en el caso de la NVidia 8800GTS es de 62GB/s). 

Chips de memoria, en este caso GDDR4.

Según podemos observar los avances en memoria se dan de manera paralela entre memoria para PC y para gráficos, siempre siendo la de gráficos optimizada. Aunque es evidente que las potentes aplicaciones de diseño gráfico, arquitectura y modelado 3D, así como el entretenimiento de los videojuegos, han hecho que las tarjetas gráficas crecieran a pasos acelerados. Después de catalogar los diferentes tipos de Memorias DRAM en Tarjetas Gráficas pasaremos a analizar qué tipos de memoria utilizan las consolas de la actual generación:

- XBOX 360: GDDR3 RAM a 700 Mhz, es una arquitectura convencional, no es que la tarjeta gráfica sea de baja gamma, simplemente es que no les hace falta más.

Xenos - La consola Microsoft Xbox 360 contiene un chip de gráficos personalizado producido por ATI, conocido como "R500", "C1", o más a menudo como Xenos. Entre sus características se incluye DRAM incrustada en el chip (eDRAM). El Xenos también es la primera gráfica con la "Verdadera Arquitectura de Shader Unificada", que carga y distribuye dinámicamente el proceso de píxeles y vértices en unidades de igual procesamiento. Esto difiere mucho de las anteriores generaciones de chips gráficos para PC que tienen bancos separados de procesadores diseñados para una tarea individual específica (vértice/fragmento). Otra característica presentada en Xenos es la transformación de superficies en mosaicos para dividir una superficie en triángulos pequeños, similares a TRUFORM en términos de funcionalidad, que es una característica avanzada que ya no se incluye en la especificación DirectX 10 actual. La última generación de GPU Radeon R600 básico hereda la mayoría de las características presentes en Xenos, excepto eDRAM.

- PS3: Tiene dos módulos de memoria. Uno GDDR3 para la GPU ( con características similares a la XBOX) y otra XDRRAM, memoria de tipo Rambus RAM que se basa en una comunicación serie de alta velocidad y prestaciones.

- Nintendo Wii: GDDR3 para trabajar con gráficos y una ARAM (memoria de bajas prestaciones) dedicada exclusivamente al audio, para liberar la GDDR3 de datos de audio, aunque por ejemplo ‘El Nintendo GameCube’ (que  es una consola de videojuegos en formato cúbico que lleva un procesador especialmente optimizado de 485 MHz con alta tecnología de semiconductores de cobre) utiliza ‘Flipper’ que contiene un acelerador 3D desarrollado por ArtX, Inc, una compañía adquirida por ATI durante el desarrollo de la GPU. ‘Flipper’ tiene una capacidad similar a un chip acelerador de vídeo de Direct3D 7. Consta de 4 canales de renderizado, T&L por hardware, y un soporte limitado para Pixel Shader. El chip contiene una innovadora memoria 1T-SRAM de 3 MiB para el uso como almacenamiento ultra-rápido de baja latencia (6,2 ns) para texturas y el framebuffer/Z-buffer, que permite 10,4 GB/segundo de ancho de banda. Flipper fue diseñado por miembros del equipo de diseño del Nintendo 64 Reality coprocessor, quienes venían de SGI. El equipo de Flipper pasó a tener mucha influencia en el desarrollo de la Radeon 9700. El sucesor de ‘Flipper’ fue ‘Hollywood’, que es un componente de la última consola de juegos de Nintendo; Wii.