A GDDR memória az elnevezéséhez hűen (Graphics Double Data Rate) rendszerint a grafikus processzorok (GPU) mellett kap helyet. Egyelőre ez az állítás csak a diszkrét grafikus kártyákra igaz, de a jövőben várhatóan, a processzorba integrált grafikus mag mellé is felkerülhet valamilyen formában ez a fajta statikus memória.

A szóban forgó memória a klasszikus DDR RAM koncepciójára épül, mely a DQS-t (kétirányú adat impulzus) alkalmazza a sávszélesség növelésének érdekében. Ez oly módon szabályozza az adatok sínre kerülését, hogy az órajel felfutó és lefutó élén egyaránt szállít információt az adatsín számára, amint adat jelenik meg az írási vagy az olvasási pontok valamelyikén. Mindez egyben azt is jelenti, hogy az olvasási és írási műveletek itt egyetlen jelfolyamon belül történnek, amivel egységnyi órajel alatt kétszer annyi műveletet (T/s) képes elvégezni a rendszer.

Egy egyszerű ábra az SDR és DDR memóriák közti lényeges különbség szeléltetésére

Ezért is duplázódik az órajel, azaz 200 MHz-es DDR(1) memória esetén DDR400-as, azaz 400 MHz effektív órajelű modulokról beszélünk. Nagyon leegyszerűsítve a memória chipek két főbb komponensből állnak: a memóriacellákból, és az IO-pufferekből. A memóriacella órajele a DDR(1) esetében 100 és 200 MHz között váltakozott (DDR200 esetén 100, DDR400 esetén 200 MHz), tehát ahhoz, hogy a memóriamodul órajelenként (400 MHz) 1 bit átmozgatására legyen képes, a belső adatbuszon 2 bitnek kellett átutazni a memóriacellákból (200 MHz) az IO-pufferbe. Ezt anno elnevezték 2n-prefetch-nek.

A DDR2-t úgy fejlesztették ki, hogy a logikusan és legegyszerűbb módon nőjön tovább a külső órajel (azaz a modul órajele): megfelezték a memóriacellák órajelét, viszont a belső adatbusz órajelét megduplázták, vagyis elérték, hogy órajelenként már ne 2, hanem 4 bit vándorolhasson át a memóriacellákból az IO-pufferbe, ami a fenti terminológiát követve egyszerűen csak a 4n-prefetch elnevezést kapta. Ez röviden azt jelenti, hogy például a DDR2-800 esetében a memóriacellák órajele a DDR400-hoz hasonlóan 200 MHz, viszont az IO-puffer órajele immáron 400 MHz (a DDR(1) esetében 200 MHz volt), ám mivel DDR-ről van szó, ezt szorozni kell kettővel, azaz a memória külső effektív órajele már 800 MHz, így DDR2-800-ról beszélünk.

A DDR3 pontosan ezen a már kitaposott ösvényen ment tovább: a belső adatbusz sebességét megduplázták, vagyis a DDR3 memóriacellái órajelenként 8 adatbitet továbbítanak az IO-pufferbe (8n-prefetch). Ez azt jelenti, hogy DDR3-1600 esetében a memóriacellák órajele a DDR400-hoz, valamint a DDR2-800-hoz hasonlóan 200 MHz, viszont az IO-puffer órajele ebben az esetben már 800 MHz, de DDR-ről lévén szó, ezt szorozzuk kettővel, azaz a memória külső effektív órajele így 1600 MHz, ergo ezzel itt már DDR3-1600-ról beszélhetünk.

Most nézzük az egyes GDDR szabványok tulajdonságait röviden!

GDDR

Az első GDDR szabvány lényegében szinte teljesen a DDR megfelelőjének számított. A chipek üzemi feszültsége valamivel alacsonyabb volt, ami konkrétan 2,5 V-ot jelentett. Az egységek órajele 166 és 400 MHz között változott, melyekhez 3, 4 vagy 5 órajelciklusnyi olvasási késleltetés társult. Az ilyen chipekkel elérhető maximális sávszélesség egy 256 bites memóriavezérlő esetében 25,6 GB/s volt.

GDDR2

A GDDR2 csak egy kisebb lépés volt az elődhöz képest, itt gyakorlatilag csak a maximális órajelet emelték meg, egészen pontosan 500 MHz-re, amivel 256 bit esetében 32 GB/s sávszélesség vált elérhetővé. A feszültség nem változott, így az maradt 2,5 V, míg az olvasási késleltetés 5-7 órajelciklusra emelkedett. A GDDR2 nem futott be túl nagy karriert, ami elsősorban a relatíve kis sávszélesség növekedésnek és a magas fogyasztásnak volt betudható.

GDDR3

A GDDR3 esetében már egy jelentősebb áttörésről beszélhetünk. Ez a szabvány már teljesen a DDR2 alapjaira építkezik, amiből kifolyólag az üzemi feszültség az asztali DDR2-es modulokéhoz hasonlóan 1,8 V lett. A specifikációk megalkotói a DDR2-nél kedvezőbb elérési időre és olvasási késleltetésekre törekedtek, így például 700 MHz-hez 1,4 ns, míg 1300 MHz-hez 0,77 ns-os érték társult, miközben az olvasási késleltetés 5-9 órajelciklus lett. Emellett ez a fajta memória különféle, már speciálisan a grafikai megjelenéshez kapcsolódó optimalizációkat is magában hordozott. Még egy nagy újítás volt, hogy egyetlen GDDR3 chip adatfelületének szélessége 32 bitre nőtt, amivel ráduplázott a DDR-ek, valamint korábbi GDDR-ekre. Így példának okáért egy 256 bites busz feltöltéséhez elég volt 8 darab memóriachip is a korábbi 16-tal szemben. A 256 biten elérhető maximális elméleti memória-sávszélesség elérhette a 83,2 GB/s-ot, miközben a fogyasztás csökkent. A chipek kapacitása 256 Mbit és 1 Gbit között váltakozott.

GDDR4

A GDDR4 személyében a következő lépcső immáron a DDR3 szabványra alapozott. Az üzemi feszültség utóbbi hozományaként 1,5 V-ra csökkent, ami természetesen a fogyasztásra is jótékony hatással volt. Az alacsonyabb csíkszélesség okán immáron elérhetővé vált a 4 GHz-es effektív órajel is, miközben a leglassabb modellek 1600 MHz-es frekvenciát kaptak. A leggyorsabb chipekkel 256 biten elérhető maximális elméleti sávszélesség 128 GB/s-ra emelkedett. A GDDR3 optimalizáción felül további új képességekkel is felruházták a GDDR4-et, mint például a DBI (Data Bus Inversion) vagy a Multi-Preamble, melyek az adatátvitel késésének csökkentésére lettek hivatottak.

GDDR5

A GDDR4 nem túl hosszú piaci jelenléte után a GDDR5-tel már egy sok szempontból ütősebb, és jóval hosszabb életű memória került piacra 2008-ban. A GDDR família ötödik tagja továbbra is a DDR3-ra alapoz. Az üzemi feszültség nem változott jelentősen, ami azt jelenti, hogy sok modell esetében maradt a GDDR4-nél bevezetett 1,5 V, de egyes chipek ennél kevesebbel is beérik, így akár 1,35 V-ra is lemehetnek a gyártók. Ezzel együtt a chipek maximális effektív órajele már elérheti a 7 GHz-et is.

A GDDR5 a DDR-hez hasonlóan további párhuzamosításokkal teljesíti az utóbbi meglehetősen magas effektív frekvenciát, ami ezzel már pontosan a mindenkori magórajel négyszerese lesz. Mindez annak köszönhető, hogy a GDDR5-ös interfész egyetlen írási órajel alatt (WCK) képes párhuzamosan két 32 bites adatszó (data word) átvitelére a ki-bemeneti érintkezőkhöz (vagy érintkezőktől). Továbbá a GDDR5 két külön órajeltípuson üzemel. A CK (differential command clock) referencia órajel a cím és parancs bevitelekhez, míg a WCK (differential write clock) az egyszerű adatolvasásokért és -írásokért felel. Ez röviden annyit tesz, hogy a GDDR5 két írási órajelet használ, melyek összesen két bájthoz vannak rendelve. A WCK mindig a CK órajelének dupláját jelenti, így például egy effektív 5 GHz-es chip esetében a CK 1,25 GHz-es, míg a WCK 2,5 GHz-es órajelet takar.