Железо,  Статьи

О работе видеопамяти и возможностях совмещения чипов высокой и низкой плотности

Видеопамять является одним из важнейших компонентов графической системы компьютера. Это верно как для игровых компьютеров, так и для тех, которые используются для майнинга.

VRAM (Video Random Access Memory) функционирует на тех же принципах, что и оперативная память компьютера, но выполняет другие задачи. Основной задачей Video RAM является временное хранение большого объема графических текстур, 3D-моделей, других данных, необходимых для рендеринга графических сцен либо проведения многопотоковых вычислений. Видеопамять является вместилищем большого объема информации, обрабатываемой графическим процессором с огромной скоростью.

В связи с этим критически важно обеспечить как можно большее быстродействие подсистемы видеопамяти.

Что можно сделать для увеличения быстродействия видеопамяти?

Для увеличения быстродействия подсистемы видеопамяти используется увеличение частоты обмена данными (разгон по памяти), модификация таймингов, расширение разрядности шины памяти, установка быстродействующего кэша, задействуются многоканальный режим работы и одновременное проведение операций чтения-записи.

Кроме того, значительно повысить быстродействие можно с помощью использования оптимизированных алгоритмов, отсекающих ненужные операции/информацию при обработке данных. В качестве примера можно привести ситуацию с майнингом на алгоритме Rainforest в первой половине 2019 года. Andru-kun, разработчик майнера wildrig настолько оптимизировал обработку данных в своей программе, что быстродействие ее новых версий, запущенных даже на одном компьютере, существенно влияло на всю сеть. Первые версии программы давали скорость в единицах мегахешей, а последние — десятки терахешей! В результате этого разработчики криптовалюты Microbitcoin (MBC) вынуждены были модернизировать алгоритм RAINFOREST до версии 2.0, а затем и вовсе сменить его на power2b.

Разгон частоты чипов памяти прямо пропорционален увеличению вольтажа на них. Чрезмерное увеличение напряжения на чипах памяти приводит к увеличению тепловыделения (перегреву) и увеличивает риск электрического пробоя.

Существенно увеличить частоту работы памяти можно только на очень качественных чипах, при этом не стоит увлекаться чрезмерным увеличением напряжения из-за ускорения процессов деградации, которые рано или поздно приведут к выходу памяти из строя.

Модификация таймингов является действенным и довольно безопасным способом увеличения быстродействия подсистемы памяти при осознанном применении этого способа. Она может обеспечить прирост производительности в десятки процентов, поэтому иногда стоит потратить время и подобрать оптимальные тайминги для конкретных чипов памяти.

Расширение разрядности шины памяти обеспечивает передачу большего количества данных за один тактовый цикл, что значительно повышает производительность даже при использовании одинаковых чипов памяти. В связи с этим видеокарты с казалось бы одинаковой памятью имеют разную производительность на сильно потребляющих видеопамять алгоритмах.

Например, видеокарта Nvidia GeForce GTX1060 имеет видеопамять типа GDDR5 и работает с разрядностью 192 бит, что обеспечивает пропускную способность, равную 192.2 Gb/s и хешрейт на алгоритме Ethash около 24 mh/s. Видеокарта AMD Radeon RX580 с аналогичной памятью имеет разрядность 256 бит, что обеспечивает пропускную способность в 256 Gb/s и хешрейт на алгоритме Ethash около 32 mh/s. Таким образом, несмотря на использование одинаковых чипов памяти, пропускная способность VRAM видеокарт AMD выше, поэтому видеокарты AMD Radeon серии RX обеспечивают больший хешрейт на Ethash, чем видеокарты Nvidia 1060-й серии.

Установка быстродействующего кэша может оказать очень большое влияние на производительность видеокарты при проведении операций, где он широко используется. Это могут быть игры, либо алгоритмы майнинга, использующие небольшой объем видеопамяти, умещающийся в кэше. Как правило, такие алгоритмы майнинга более чувствительны к скорости проведения операций с плавающей запятой, поэтому увеличенный кэш для майнинга не несет особой пользы. Это наглядно видно на видеокартах AMD шеститысячной серии с очень производительны кэшем, который практически не дает никакого прироста хешрейта на алгоритме Ethash.

В настоящее время в видеокартах в основном используются разновидности памяти GDDR (Graphics Double Data Rate) и HBM (High Bandwidth Memory). Последние десять лет в видеокартах преимущественно использовалась память GDDR5, поэтому именно модели с такой памятью имеются у большинства пользователей, и именно такие видеокарты нуждаются в замене или, по возможности, модернизации.

Производительность подсистемы видеопамяти при майнинге на самом популярном алгоритме Etahsh тесно связана с ее объемом. Эта ситуация особенно наглядно видна при работе в zombie-режиме — расширенном режиме работы с одновременным использованием быстродействующей VRAM и медленного ОЗУ компьютера для увеличения доступного для обработки на видеокарте размера данных DAG.

На видеокартах с объемом VRAM, равным 4 Gb на 388-й эпохе майнинга (размер DAG 4031 Mb) хешрейт на алгоритме Etahsh упал на 30-40%. Параллельное использование медленной DDR3/DDR4-памяти (ОЗУ) и быстрой памяти GDDR5 (видеокарта) с ростом DAG выше 4 Gb быстро сводит к нулю хешрейт любого майнера.

Для существенного увеличения хешрейта видеокарт с памятью, меньшей размера текущего DAG, нужно произвести физическое увеличение ее объема. К сожалению, в связи с большим количеством таких видеокарт на рынке образовался дефицит чипов высокой плотности, в особенности микросхем с объемом памяти 1 Gb на чип. Именно эти микросхемы памяти нужны для модернизации четырехгиговых видеокарт AMD Radeon серии RX (чтобы в итоге получить 8 Gb), а также для трехгиговых видеокарт Nvidia GTX 1060 (чтобы получить версию на 6 Gb), поэтому барыги взвинтили на них цены в разы.

Наиболее остро стоит вопрос модернизации видеокарт AMD. так как они менее универсальны, чем Nvidia, и дают наибольшую прибыль при майнинге на алгоритме Ethash.

В связи с этим возникает вопрос, а можно ли установить на видеокарту набор микросхем с разной плотностью, например, поменять всего один чип памяти на AMD Radeon RX580 с 4 Gb памяти (8 банок по 512 Мб) и получить 4.5 Gb благодаря совместному использованию 7 чипов по 256 Mb и одного на 1 Gb.

Теоретически такой upgrade возможен, но на практике его работоспособность не гарантируется и, скорее всего будет возможна только после серьезной модернизации BIOS. При экспериментах по созданию такой видеокарты, кроме паяльного оборудования, обязательно нужно иметь программатор, так как с большой степенью вероятности придется неоднократно менять микропрограмму BIOS для того, чтобы добиться работоспособности гибрида. Далее приводятся некоторые теоретические рассуждения на тему создания «гибридной» видеокарты с нестандартным объемом памяти, набранным чипами разной плотности.

Память GDDR5 в разрезе:

Что нужно учесть при замене/установке новых чипов видеопамяти?

Для успешной замены части чипов памяти GDDR5 меньшей плотности на большую, нужно обеспечить совместимость их питающих напряжений, таймингов и частоты. Большинство микросхем памяти GDDR5 имеет одинаковые питающие напряжения (VDD, VDDQ: 1.6V/1.5V и 1.35V), поэтому подобрать подходящие по физическим параметрам микросхемы не так сложно.

В случае замены всех микросхем памяти на более емкие нужно просто залить в них уже существующий BIOS для такой конфигурации и получить прокачанную видеокарту. Большая коллекция BIOS-ов есть на сайте Techpowerup в разделе Databases — VGA BIOS Collection, при желании там можно найти микропрограмму для нужного набора микросхем.

Более сложно обеспечить работоспособность гибридной видеокарты с разными по плотности чипами памяти от разных производителей. Для гибридной модели потребуется изменение кода BIOS.

Как изменить BIOS видеокарт для установки нестандартной конфигурации чипов памяти?

Подобная задача уже частично решалась, например, на видеокартах AMD Radeon R9 290 с помощью HEX-редактора (делает Hard Mods, связанные с таймингами памяти) и программы HawaiiBiosReader (делает Soft Mods — изменяет частоты и вольтаж памяти GPU, режим работы вентиляторов, подписывает файл Bios, модифицированный в HEX-редакторе).

Путем нехитрых манипуляций BIOS от AMD Radeon R9 390/390X с 8 Gb памяти становится пригодным для R9 290/290X c 4 Gb памяти. При модификации BIOS производилась замена таймингов BIOS для 4Gb модулей на картах R9 390/390X (Hynix AJR, Polaris Die) на тайминги модулей плотностью 2Gb видеокарт R9 290/290X cards (Hynix AFR, Gemma Die).

Сейчас, после модификации множества видеокарт Radeon RX4xx/5xx-серий появилось много б/у микросхем памяти объемом 512 Mb/чип, что позволяет совершить модернизацию AMD Radeon R9 290-х в 390-е. Это позволит эксплуатировать эти легендарные карты-печки для майнинга Ethereum еще некоторое время.

Более интересной является модификация видеокарт AMD Radeon RX4x4/5×4 в модели с немного большей памятью. Для этого на видеокарте нужно перепаять, как минимум одну из микросхем памяти, а затем, при необходимости, отредактировать BIOS видеокарты под новые тайминги. Если принять во внимание тот факт, что микросхемы памяти большей плотности выпущены позже, то они должны поддерживать более высокие скорости/тайминги. В связи с этим они должны работать и без модификации BIOS (при условии использования памяти одного производителя, с тем же вольтажом), так как на видеокартах с 4 и 8 Гб памяти используются одни и те же контроллеры.

Например, в видеокартах Radeon RX RX4xx/5xx-серий с 8 гигабайтами часто используется память Micron MT51J256M3 и Samsung K4G80325FB, например:

1002:67df rev ef (AMD Radeon RX 578), BIOS 113-5E353BU-O6G — Micron MT51J256M32;

1002:67df rev cf (AMD Radeon RX 478), BIOS 113-2E353BU.O4I — Micron MT51J256M32.

1002:67df rev cf (AMD Radeon RX 478), BIOS 113-1E3470U.O60 и 113-1E3470U.S61- Samsung K4G80325FB.

В 4 Gb картах используется подобная память, обычно качеством похуже. Для обеспечения работоспособности «мутанта» с 4.5 Гб памяти, возможно потребуется прошить в четырехгиговую карту подходящий Bios от восьмигиговой, хотя теоретически она может заработать и на родной прошивке.

Если в четырехгиговых картах используется память от другого производителя, например:

1002:67df rev cf (AMD Radeon RX 474, BIOS 113-2E353AU.O4C — Elpida EDW4032BABG;

1002:67df rev e7 (AMD Radeon RX 584), BIOS 113-1E3660EU-O55 и 113-1E3871U-O4C — Elpida EDW4032BABG,

то процесс модернизации может быть не столь легок, так как требует более серьезной модификации BIOS для добавления поддержки набора разных чипов (памяти Elpida большой плотности в свободной продаже нет).

Для подбора подходящей микропрограммы BIOS нужно внимательно изучить совместимость таймингов устанавливаемой микросхемы, например, в HEX-редакторе, программе AMDMemTweak и, при необходимости, скорректировать их в сторону уменьшения или подобрать другой чип.

Заключение

Если описанный в этой статье способ модернизации видеокарт может быть реализован, то его цена будет в разы ниже стандартного способа с заменой всех чипов памяти. Учитывая резкий рост цен на микросхемы памяти GDDR5 плотностью 1 Gb на чип, экономия на 5-7 чипах может сэкономить не один десяток долларов на каждой модернизируемой видеокарте.

Проверить на практике работоспособность нестандартной конфигурации видеопамяти может мастер, имеющий необходимое оборудование и навыки. Вероятно, это вполне под силу мастеру выше среднего уровня…

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Chinese (Traditional) ZH-TW English EN French FR German DE Russian RU Spanish ES