Desenvolvimento de memória de vídeo em jogos: das primeiras placas de vídeo às futuras DDR7
Primeira geração: primeiras placas de vídeo e EDO RAM
A memória de vídeo tornou-se uma parte importante dos sistemas de computador, começando com as primeiras placas de vídeo. Na década de 1980 e início da década de 1990, quando os computadores começaram a ser muito usados para jogos, a memória de vídeo era relativamente primitiva. As primeiras placas gráficas, como o IBM Monochrome Display Adapter (MDA) e o Color Graphics Adapter (CGA), usavam memória dinâmica de acesso aleatório (DRAM) convencional. Essa memória fornecia recursos gráficos mínimos e praticamente nenhum suporte para conceitos modernos de processamento de imagem.
Um estágio chave na evolução da memória de vídeo foi o surgimento da Extended Data Out RAM (EDO RAM). A RAM EDO, introduzida em meados da década de 1990, proporcionou melhorias significativas de desempenho ao gerenciar de forma mais eficiente o acesso à memória. Ao contrário da DRAM convencional, que exigia a conclusão de um ciclo de acesso antes de iniciar o próximo, a EDO RAM permitia iniciar um novo ciclo sem esperar a conclusão do anterior. Isso acelerou significativamente os processos de leitura e gravação de dados.
Placas gráficas com EDO RAM, como a Matrox Millennium, tornaram-se populares entre os jogadores devido ao seu desempenho gráfico aprimorado. Eles possibilitaram a exibição de cenas mais complexas e a melhoria da qualidade da imagem, o que era especialmente importante para os jogos da época. Graças a essas melhorias, os jogadores puderam desfrutar de mundos virtuais mais detalhados e coloridos, o que contribuiu para o aumento da popularidade dos jogos de computador. Posteriormente, isso levou ao desenvolvimento de jogos mais complexos e interativos que exigiam mais capacidade de memória de vídeo.
Segunda geração: SDRAM e GDDR1
À medida que avançamos para a década de 2000, a memória de vídeo continuou a evoluir. O advento da RAM Dinâmica Síncrona (SDRAM) foi outro importante passo em frente. A SDRAM foi sincronizada com o sinal do clock do processador, o que melhorou significativamente seu desempenho em comparação com a RAM EDO. Uma das primeiras placas de vídeo com SDRAM foi a NVIDIA RIVA TNT, lançada em 1998. Forneceu desempenho visivelmente melhor e suportou resoluções mais altas e efeitos gráficos mais complexos.
Logo depois disso, apareceu a primeira versão da memória Graphics Double Data Rate (GDDR) - GDDR1. GDDR1 era um tipo especializado de SDRAM otimizado para aplicações gráficas. Ele ofereceu melhor desempenho em relação à SDRAM convencional, como maior largura de banda e latência reduzida. As placas gráficas GDDR1, como a NVIDIA GeForce 256, foram as primeiras a oferecer aumentos significativos no desempenho gráfico, abrindo novas possibilidades para desenvolvedores de jogos.
GDDR1 melhorou significativamente a qualidade gráfica dos jogos. Os desenvolvedores conseguiram introduzir texturas mais complexas, aumentar os detalhes e adicionar efeitos de iluminação realistas. Esta geração de memória de vídeo tornou-se o ponto de partida para o desenvolvimento de gráficos em jogos. Os jogadores puderam desfrutar de uma experiência de jogo melhor e mais suave, o que contribuiu para o crescimento do interesse pelos jogos de computador. Também estimulou o desenvolvimento da tecnologia de jogos, incluindo mecanismos gráficos e técnicas de renderização aprimorados.
Terceira geração: GDDR2 e GDDR3
A próxima etapa no desenvolvimento da memória de vídeo foi o aparecimento do GDDR2 no início dos anos 2000. O GDDR2 ofereceu melhorias significativas em relação ao GDDR1, incluindo maior largura de banda e maior eficiência energética. Placas gráficas GDDR2, como a ATI Radeon 9700, tornaram-se populares entre os jogadores devido à sua capacidade de lidar com tarefas gráficas mais complexas e suportar altas resoluções.
Porém, apesar das melhorias, o GDDR2 apresentou algumas limitações, como aumento no consumo de energia e dissipação de calor. Isso estimulou novas pesquisas e desenvolvimento de novos tipos de memória de vídeo.
O GDDR3, que apareceu em meados dos anos 2000, foi o próximo grande marco. GDDR3 ofereceu largura de banda ainda maior e melhor eficiência energética em comparação com GDDR2. Placas gráficas GDDR3, como a NVIDIA GeForce 6800, tornaram-se o padrão para jogadores e profissionais gráficos. O GDDR3 permitiu efeitos gráficos mais complexos, como iluminação e sombras aprimoradas e texturas mais realistas.
O desenvolvimento do GDDR3 também incluiu desempenho térmico aprimorado, permitindo que as placas gráficas operem em frequências mais altas sem superaquecimento. Isto foi especialmente importante para os jogadores, uma vez que as altas taxas de quadros se tornaram um aspecto crítico para uma experiência de jogo suave e de alta qualidade. Com a introdução do GDDR3, a memória de vídeo tornou-se mais estável e produtiva, o que possibilitou a criação de jogos com alto nível gráfico e interatividade. Os desenvolvedores de jogos começaram a usar novas tecnologias para criar mundos virtuais mais realistas e envolventes, levando a franquias de jogos populares e a um crescimento significativo na indústria.
Quarta geração: GDDR4, GDDR5 e HBM
O GDDR4, que apareceu no final dos anos 2000, ofereceu ainda mais melhorias. Ele forneceu rendimento significativamente maior e menor consumo de energia em comparação com GDDR3. Placas gráficas GDDR4 como a ATI Radeon HD 2900 XT deram aos jogadores e profissionais ainda mais potência gráfica.
No entanto, apesar das melhorias, o GDDR4 não foi amplamente adotado e foi rapidamente substituído pelo GDDR5. GDDR5 foi um verdadeiro avanço no campo da memória de vídeo. Ele oferecia o dobro da largura de banda do GDDR4, permitindo que as placas gráficas lidassem com tarefas gráficas ainda mais complexas. Placas gráficas GDDR5, como a NVIDIA GeForce GTX 480, tornaram-se o novo padrão da indústria.
O GDDR5 permitiu que os desenvolvedores de jogos implementassem efeitos gráficos mais complexos, como iluminação, sombras e reflexos realistas e texturas de alta resolução. Esta geração de memória de vídeo tornou-se a base para muitas tecnologias gráficas modernas. Com o advento do GDDR5, a memória de vídeo atingiu um novo nível de desempenho, permitindo criar jogos com gráficos e detalhes incríveis. O GDDR5 também melhorou significativamente a eficiência energética geral das placas gráficas, permitindo que sejam usadas em dispositivos mais compactos e potentes.
No mesmo período, foi desenvolvida a primeira versão do High Bandwidth Memory (HBM). HBM era uma arquitetura de memória de vídeo completamente nova projetada para fornecer alta largura de banda e baixo consumo de energia. A primeira versão do HBM foi usada nas placas de vídeo AMD Fury X em 2015. A HBM ofereceu largura de banda significativamente maior do que a memória GDDR tradicional usando chips de memória integrados verticalmente, permitindo maior densidade e menor latência.
A HBM foi um marco importante no desenvolvimento da memória de vídeo, abrindo novas possibilidades para o processamento de grandes quantidades de dados em tempo real. Isso permitiu que desenvolvedores de jogos e aplicativos criassem mundos virtuais ainda mais complexos e detalhados. A HBM também desempenhou um papel importante no desenvolvimento de soluções gráficas profissionais utilizadas em áreas como computação científica e aprendizado de máquina.
Quinta geração: GDDR6, GDDR6X e HBM2
À medida que a tecnologia avança, a memória de vídeo continua a melhorar. O GDDR6, lançado em 2018, ofereceu largura de banda ainda maior e melhor eficiência energética. Placas gráficas GDDR6, como a NVIDIA GeForce RTX 2080, tornaram-se o padrão para os jogos e aplicativos atuais de alta resolução e com uso intensivo de gráficos.
O GDDR6 permitiu efeitos gráficos ainda mais complexos, como ray tracing em tempo real e aprendizado profundo para melhorar a qualidade da imagem. Essas tecnologias são possíveis graças à alta largura de banda e à baixa latência do GDDR6.
O GDDR6X, lançado em 2020, ofereceu melhorias ainda maiores. Ele usa a tecnologia PAM4 (Pulse Amplitude Modulation) para dobrar a largura de banda em comparação com GDDR6. Placas gráficas GDDR6X como a NVIDIA GeForce RTX 3080 se tornaram a nova referência em desempenho gráfico. Essas melhorias permitiram que os desenvolvedores de jogos criassem mundos de jogo mais realistas e envolventes, melhorando muito a experiência de jogo dos usuários. O GDDR6X aumentou significativamente a densidade dos dados e melhorou a eficiência das placas de vídeo, o que foi um importante avanço para toda a indústria.
Outra conquista importante deste período foi o desenvolvimento do HBM2. O HBM2 ofereceu rendimento ainda maior e melhor eficiência energética em comparação com a primeira versão do HBM. Ele encontrou sua aplicação em placas de vídeo de alto desempenho como NVIDIA Tesla V100 e AMD Radeon VII. O HBM2 proporcionou a capacidade de trabalhar com grandes volumes de dados em tempo real, o que se tornou especialmente importante para tarefas de aprendizado de máquina, inteligência artificial e computação científica.
O HBM2 permitiu a criação de soluções gráficas mais poderosas e eficientes que podem lidar com as tarefas mais complexas. Também desempenhou um papel fundamental no desenvolvimento da computação em nuvem e dos data centers, onde são necessários alto rendimento e baixa latência de memória.
Sexta geração: HBM2E
O desenvolvimento da memória de vídeo não parou com o HBM2. O próximo passo foi o desenvolvimento do HBM2E, que é uma versão melhorada do HBM2. O HBM2E ofereceu largura de banda e densidade de dados ainda maiores, permitindo que as placas gráficas lidassem com tarefas ainda mais complexas.
O HBM2E encontrou sua aplicação em sistemas de computação de alto desempenho e soluções gráficas, como NVIDIA A100 e AMD Instinct MI100. Ele proporcionou a capacidade de trabalhar com grandes volumes de dados e aumentou o desempenho para tarefas de aprendizado de máquina e inteligência artificial.
Futuro: GDDR7 e HBM3
Com o desenvolvimento da memória de vídeo, podemos esperar o aparecimento do GDDR7 num futuro próximo. A Micron afirma que sua nova memória GDDR7 proporcionará ganhos de desempenho de até 30% em jogos, especialmente em ray tracing e rasterização. O GDDR7 da Micron, oferecendo velocidades de 28 a 32 Gbps, promete melhorias significativas na largura de banda da memória e na eficiência energética.
GDDR7, oferecendo velocidades de até 32 Gbps, oferece 30% mais desempenho em comparação com sua própria memória GDDR6 rodando a 20 Gbps. Essa melhoria se deve às novas tecnologias de memória, o que é impressionante. Embora a empresa não tenha divulgado a plataforma de testes, os resultados parecem ser bastante confiáveis.
A nova memória GDDR7 também oferece aumento de até 60% na largura de banda da memória, melhoria de 50% na eficiência energética e melhoria de até 20% no tempo de resposta. Quando usado em consoles de jogos e PCs, o GDDR7 promete uma revolução no desempenho dos jogos, especialmente em 4K Ultra.
A NVIDIA planeja integrar o GDDR7 em seus produtos Blackwell “RTX 50”, e a AMD pretende usá-lo no RDNA 4. A Intel pode permanecer no GDDR6 com Battlemage “Xe2” por enquanto, deixando o GDDR7 para as futuras gerações gráficas.
Além do GDDR7, o HBM3 também está no horizonte. O HBM3 promete rendimento e eficiência energética ainda maiores em comparação com o HBM2E. Ele será utilizado nos sistemas de computação e soluções gráficas de maior desempenho, proporcionando a capacidade de trabalhar com grandes volumes de dados em tempo real.
Essas melhorias abrirão novas possibilidades para desenvolvedores de jogos e aplicativos, permitindo-lhes criar mundos virtuais ainda mais realistas e envolventes. O desenvolvimento da memória de vídeo continua sendo um aspecto fundamental da evolução da computação gráfica, e o GDDR7, juntamente com o HBM3, será um marco importante nesse caminho.