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ロードマップでわかる!当世プロセッサー事情 ― 第102回

グラフィック専用メモリーの進化と不透明な今後

2011年05月23日 12時00分更新

文● 大原雄介(http://www.yusuke-ohara.com/

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 メモリー編8回目はメインメモリーから外れて、「GDDR」について解説しよう。GDDRは「Graphics DDR」の略で、ようするにグラフィック専用のメモリーである。

理屈では速いデュアルポートのVRAM
採用事例は伸び悩む

 もともとグラフィック専用メモリーでは、「デュアルポートDRAM」を「VRAM」と称して利用することが多かった。デュアルポートDRAMには色々な種類があるのだが、VRAMとして使われたのは図1のようなものだ。

図1 DRAM(左)とVRAMの構造の違い

 左は従来のDRAMで、右がSerial OutがついたVRAMである。通常のDRAMを使ってグラフィックスカードを構成する場合、画面の描画と画面出力(画面リフレッシュ)を、ひとつのDRAMインターフェース(I/F)でまとめて行なわねばならない。図2の左側がこれで、描画(赤線)と画面リフレッシュ出力(青線)が同一のDRAM I/Fを経由している。そのためグラフィックコントローラーは、画面リフレッシュの合間に描画命令を発行するといった配慮が必要だった。当然その分描画性能も落ちることになる。

図2 DRAMとVRAMを使ったグラフィックスカードの基本的な違い

 これを解決したのがVRAMである。内部に「ラインバッファ」と呼ばれる画面1列分のバッファが別途用意されており、ホスト側からの指示で、DRAMセルからまとめてデータをコピーできる。コピーされたデータは、Serial Outと呼ばれるポートから(本来のDRAMのデータバスとは別のタイミングで)読み出すことが可能だ。そしてこれを使うと、グラフィックスカードを図2右側のように構成できる。画面リフレッシュ用のデータはSerial Outから取得できるので、通常のデータバスを占有する必要もなく、より性能を上げられるというわけだ。

 もっとも、理論と実際が一致していないというのもまたよくある話。筆者の記憶だと、かつてのS3の第2世代製品のうち、「S3 801/805」がDRAMのみ、「S3 928」がこのVRAM対応になっていた。ところが、これらを搭載したグラフィックスカード「Diamond Stealth 24」(S3 801/805)と「Diamond Stealth Pro」(S3 928)を比較してみると、VRAMを搭載して高価だったDiamond Stealth Proの方が遅かった、なんてケースを実際に体験している。

 VRAMで問題となったのは、1ライン分のコピーをする間はDRAMセルのアクセスができないことだった。またSDRAMと異なり、コマンドをパケットで送るような機能もないので、RAS/CASやそのほかの制御線やアドレスを使いながら、「1ライン分のコピーをする」コマンドを送るのが、結構なオーバーヘッドになっていた。

 とはいえ、この「複数のポートを持つグラフィック専用DRAM」というアイデアは、その後も生き残った。しばらく後の話だが、1995年にサムスン電子が開発した「WRAM」(Window RAM)はやはりデュアルポート構成で、さらにDRAMチップ上で簡単な演算が可能というものだった。WRAMは当時の人気グラフィックスカード「Matrox Millennium」に搭載されたことで一躍有名になったが、これに続くベンダーがなかった。Matrox自身も、Millenniumと後継の「Millennium II」ではWRAMを採用したが、それで終わってしまっている。

 WRAMに続いて、「SGRAM」(Synchronous Graphic RAM)という製品がインテルから発表された。SGRAMはSDRAMに描画用の演算回路を搭載した、言うなれば「WRAMのSDRAM版」であるが、WRAMと異なり出力は1ポートになっている。Matroxをはじめとして、いくつかのチップベンダーがSGRAMを採用したものの、こちらも長期的には使われずに終わってしまった。

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