10/20系GPU datasheet及各種配置(上)

鄙人根據(jù)以往維修的各種經(jīng)驗(yàn)以及積累下來(lái)的各種知識(shí)與資料,在百忙之中整理了一些關(guān)于顯卡的資料,總結(jié)了一系列關(guān)于NVIDIA顯卡10系和20系的所有相關(guān)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)以及硬件參數(shù),盡管可能有一些不足的地方以及存在鄙人尚未完全了解的部分定義,我也在這里以文章的形式分享給大家。
10系GPU中,由GPUdatabase數(shù)據(jù)上可知在60往上(包括60)的核心其封裝尺寸都是一樣的(BGA2152?基板大小37.5x37.5mm(又一說(shuō)BGA2150))

而在20系GPU中,由GPUdatabase數(shù)據(jù)上可知在60往上(包括60)的核心其封裝尺寸都是一樣的(BGA2228?基板大小37.5x37.5mm )
因此BGA2228與BGA2152封裝在物理層上尺寸完全相同(即僅為封裝pin不一樣。)

圖2-1.關(guān)于封裝為BGA2228核心的相關(guān)注釋
BGA2228核心,分別有2種DIE尺寸,一種為445mm2的TU106,即2060核心(滿血為2304CUDA),一種為545mm2的TU104,即2080s核心(滿血為3072CUDA)。圖2-1為一部分公開的DIE核心絲印解釋:
Line1:該項(xiàng)為芯片公司名:一般為NVIDIA
Line2/Line3:一般該項(xiàng)是合起來(lái)看的,Line2說(shuō)明了芯片是在何處封測(cè),YYWWAB為芯片生產(chǎn)的日期與修訂版本(即步進(jìn)版本)Line3說(shuō)明了芯片的制造機(jī)構(gòu)代碼
Line4:核心代號(hào)
Line5:空白項(xiàng),一般不是特殊核心不會(huì)做絲印標(biāo)注
(Tips:部分在基板上用黑色馬克筆標(biāo)注的,一般為ES/QS核心,但并不影響核心絲印信息。)

BGA2152核心,分別有2種DIE尺寸,一種為200mm2(一說(shuō)為198mm2)的GP106,即1060核心(滿血為1280CUDA),一種為314mm2的GP104,即1080核心(滿血為2560CUDA)。圖2為一部分公開的DIE核心絲印解釋:
Line1:該項(xiàng)為芯片公司名:一般為NVIDIA
Line2/Line3:一般這2項(xiàng)是合起來(lái)看的,Line3說(shuō)明了芯片是在何處封測(cè),YYWWAB為芯片生產(chǎn)日期與修訂版本(即步進(jìn)版本)
Line4:芯片生產(chǎn)的批號(hào)以及芯片的制造機(jī)構(gòu)代碼。
Line5:核心代號(hào)
雖然不同的DIE上面的絲印刻字略有不同,但是大體上都是按照這個(gè)規(guī)范來(lái)命名的。在這5個(gè)Line中,最主要的識(shí)別核心的方式為L(zhǎng)ine5,Line5記錄了核心的構(gòu)架代號(hào),比如GP104-400-A1代表1080?GP104-200-A1是1070 GP104-300-A1是1070ti等。




在BGA2152封裝中,因?yàn)橛?種不同的芯片封裝在基板上面,導(dǎo)致其實(shí)際具有2種不同的定義,這里分成一個(gè)為GP106,另一個(gè)為GP104的定義,實(shí)際上僅是在顯存通道和顯示輸出通道上具有差異,在其它部分,差異不大。
BGA2228封裝在功能上主要分為7個(gè)部分:電源部分,顯存地址線部分,顯示輸出部分,PEX總線部分,NVLink預(yù)留部分(此部分后面會(huì)講),GPIO部分以及各種小信號(hào)輸出部分(XTAL晶振以及I2C輸出。)
BGA2152封裝在功能上主要分為6個(gè)部分:電源部分,顯存地址線部分,顯示輸出部分,PEX總線部分,GPIO部分以及各種小信號(hào)輸出部分(XTAL晶振以及I2C輸出。)而相比BGA2228定義,BGA2152少了NVLink定義的輸出。
(引申:20系GPU使用的是BGA2228封裝,與10系BGA2152封裝相比多了電源部分的定義,顯存控制器部分地址線差異(DDR6/DDR5的差異),這里直接引用BGA2228封裝來(lái)講解10系的BGA2152封裝。
(以下因顯卡的封裝尺寸過(guò)大,將圖片分為4張小圖講解)


圖5-2.BGA2228封裝的右上部分

圖5-3.BGA2228封裝的左下部分

圖5-4.BGA2228封裝的右下部分

定義的解釋:
(注意:由于10系BGA2152與20系BGA2228定義中,除開電源部分外,在顯存控制器的DDR數(shù)據(jù)鏈路和NVLink數(shù)據(jù)鏈路存在部分差異,該部分在后面會(huì)單獨(dú)給出說(shuō)明。)
電源部分:
(主供電部分):
NVVDD/VDD:核心主供電?
1V8_AON:1.8V主供電
FBVDDQ:顯存供電、核心顯存控制器供電
PEX_CVDD/PEX_DVDD:1.0VPEX控制器供電
IFP_IOVDD:1.0V供電視頻輸出接口模塊
(副供電部分):
IFPAB_PLLVDD/IFPCD_PLLVDD/IFE_PLLVDD:1.8V視頻總線控制器鎖相環(huán)供電
PEX_HVDD/PEX_PLL_HVDD:1.8VPEX控制器模擬供電及鎖相環(huán)供電
FB_REFPLL_AVDDx(x=0,1):1.8V顯存控制器數(shù)字供電
FBx_PLL_AVDD(x=A,B,C,D):1.8V顯存控制器鎖相環(huán)供電
VID_PLLVDD/XS_PLVDD/SP_PLLVDD/GPCPLL_AVDDx(x=0,1):1.8V鎖相環(huán)供電(核心GPC)
PEX總線部分:
PEX_RX[15:0]/PEX_RX[15:0]_N:PCIE總線接收端
PEX_TX[15:0]/PEX_TX[15:0]_N:PCIE總線發(fā)射/傳輸端
PEX_REFCLK/PEX_REFCLK_N:PCIE基準(zhǔn)信號(hào)輸入,即PCIE標(biāo)準(zhǔn)差分時(shí)鐘(100MHz)
PEX_WAKE_N:PCIE終端喚醒雙向IO
PEX_CLKREQ_N:PCIE高速信號(hào)請(qǐng)求輸出端
PEX_TREMP:PCIE高速信號(hào)終端校準(zhǔn)
PEX_RST_N:PCIE復(fù)位輸入端
視頻輸出總線部分:
IFPx_AUX_SCL/IFPx_AUX_SDA_N(x=A,B,C,D,E,F):DisplayPort 輔助信號(hào)鏈路(Auxiliary Lane)
IFPx_Ly/IFPx_Ly_N(x=A,B,C,D,E,F)(y=0,1,2,3):DisplayPort 主高速信號(hào)鏈路(Main?Lane)
IFPAB_RSET:A,B通道接口輸出基準(zhǔn)電流分配
IFPCD_RSET:C,D通道接口輸出基準(zhǔn)電流分配
IFPEF_RSET:E,F通道接口輸出基準(zhǔn)電流分配
I2C總線部分/GPIO:
I2Cx_SCL/I2Cx_SDA(x=B,C,S,):I2C總線設(shè)備、
GPIO(0:30):用于各種用途的IO控制口,風(fēng)扇pwm輸出,板載LED燈,以及超頻控制等。?
雜項(xiàng):
STRAP[0:5]:外部strap電阻配置,用于配置顯存時(shí)序/顯存地址總線,VGA設(shè)備識(shí)別,加速卡識(shí)別等。
THERMDP/THERMDN:外部溫度傳感器輸出,一般沒(méi)什么用。
ADC_IN / ADC_IN_N:電流傳感器輸入
JTAG test:
JTAG_TCK/JTAG_TDI/JTAG_TDO/JTAG_TMS:JTAG測(cè)試端口
外部晶振時(shí)鐘發(fā)生器:
XTAL_IN/XTAL_OUT:一個(gè)外部晶振時(shí)鐘連接端口,XTAL_IN亦可以由外部LVTTL時(shí)鐘
振蕩器輸出中驅(qū)動(dòng)(XTAL_OUT留空)。
外部ROM(BIOS)互聯(lián)引腳定義:
ROM_SCLK:串行ROM時(shí)鐘輸出端,提供用于訪問(wèn)串行的時(shí)鐘信號(hào)
ROM_CS_N:片選信號(hào)輸出端
ROM_SI:串行數(shù)據(jù)輸出端,ROM_SI將數(shù)據(jù)信號(hào)提供給ROM上的SROM_SI串行
ROM_SO:串行數(shù)據(jù)輸入端,ROM_SO接受ROM上的SROM_SO輸入的數(shù)據(jù)信號(hào)作為輸入
BGA2228 20系特有的定義:
NVLink PWR:
NVHS_CVDD / NVHS_DVDD:?核心NVLink模塊供電(PEX VDD)
NVHS_HVDD:?核心NVLink模塊供電(1.8V)
NVHSx_PLL_HVDD (x=0):?NVLink PLL Power Rail(1.8V)
主要的外圍電路以及STRAP配置:
10系:
10系與20系的顯存配置控制器都是一致的,皆為STRAP[0:2] 三個(gè)端口通過(guò)不同的上拉電阻進(jìn)行控制,下面分開2種不同的配置CFG進(jìn)行分析。
10系BGA2152 CFG配置:
顯存控制器配置:

這里,STRAP[0:2]三個(gè)jump配置,分別用于配置不同的顯存識(shí)別方式,在10系(除1080,因?yàn)?080是GDDR5X,鄙人僅見到過(guò)一種CFG,即鎂光顯存的配置,所以這里暫不論述),即1060 1070乃至P4000 P4200等專業(yè)卡中,都遵循這一類CFG配置。
STRAP配置中,L代表直接下拉到地,H代表上拉到1.8V電壓總線上。M代表既上拉也下拉,相當(dāng)于提供1.8V/2(即0.9V)的電壓給STRAP端口。
STRAP[3:5]三個(gè)jump配置,分別用于配置核心的不同工作方式,在正常的使用時(shí),一般采用H L L的方式配置。

20系BGA2228 CFG配置:
顯存控制器配置:

圖8.20系STRAP[0:2]的不同配置
STRAP[0:2]三個(gè)jump配置,和10系一樣,也分別用于配置不同的顯存識(shí)別方式(即使顯存為GDDR6),在20系,即2060 2070乃至RTX3000 RTX5000等專業(yè)卡中,都遵循這一類CFG配置。
其中在20系的CFG中,由于三星在GDDR6產(chǎn)線上有單顆2G的顯存,因而在20系核心也增加了這個(gè)CFG配置,用于支持8G/16G的顯存。
與10系的CFG一樣,20系的STRAP配置中,L代表直接下拉到地,H代表上拉到1.8V電壓總線上。M代表既上拉也下拉,相當(dāng)于提供1.8V/2(即0.9V)的電壓給STRAP端口。
STRAP[3:5]三個(gè)jump配置,分別用于配置核心的不同工作方式。

圖8.20系STRAP[3:5]的不同配置方式,用于配置核心工作環(huán)境
由于顯存地址鏈路涉及的定義較多,規(guī)范較為復(fù)習(xí)且篇幅較長(zhǎng)。在本篇文章中暫時(shí)不進(jìn)行對(duì)顯存控制器及顯存地址點(diǎn)位的研究,鄙人精力有限但會(huì)在下一章文章中對(duì)10系和20系的顯存地址點(diǎn)位,顯存控制器等部分本文未涉及的部分進(jìn)行解析。