AMD Zen 3 építészeti fejlesztések: elmagyarázva

Október 8-án^th,2020 AMD bejelentette, hogy vadonatúj Ryzen 5000 sorozatú asztali processzorok, amelyek a Zen 3 architektúrán alapulnak. Ez a bejelentés az év egyik legjobban várt PC-hardveres bejelentése volt. Amióta az eredeti Zen architektúra 2017-ben elindult, az AMD meredek felfelé haladó pályán halad az éves építészeti fejlesztések tekintetében. Ez az év sem volt másként, az AMD azt állította, hogy a Ryzen processzorok történetének legnagyobb generációs ugrását kínálja. Mitől olyan különleges ez az új architektúra? Merüljünk el mélyen azokban az építészeti fejlesztésekben, amelyeket a Zen 3 hoz.

Az AMD 2020. október 8-án mutatta be Zen 3 architektúráját - Kép: Wccftech

A zen építészet alapjai

Az AMD Ryzen processzorai egyedi dizájnt alkalmaznak, amely nagyon különbözik attól, amit fő versenytársuk, az Intel asztali processzorukban használ. A Ryzen processzorok valójában több kis chipen alapulnak, nem pedig egy nagy egyedi chipen. Ezek a különféle chipletek az „Infinity Fabric” néven ismert kapcsolaton keresztül kommunikálnak egymással. Az AMD az Infinity szövetet a hipertranszport túlhalmazaként írja le, amely lehetővé teszi a gyors kapcsolatot az AMD processzorok különböző tanszékei között. Ez azt jelenti, hogy egyetlen chip helyett az aljzaton több kis chiplet van, amelyek gyors összeköttetésen keresztül kommunikálnak egymással.

Ez a kialakítás előnyeivel és hátrányaival jár. A legnagyobb előny a méretezhetőség. A chiplet kialakítása azt jelenti, hogy az AMD több magot képes csomagolni egy kisebb csomagba, ezáltal magas magszámlálási lehetőségeket tesz lehetővé még a CPU-piac költségvetési szegmensében is. Ennek a kialakításnak a fő hátránya a késés. A magok fizikailag el vannak választva egymástól, ami egy kicsit nagyobb késleltetést eredményez az adatoknak a végtelen szöveten való áthaladásához szükséges idő miatt. Ez azt jelenti, hogy a késleltetés-érzékeny alkalmazások, például a játékok teljesítménye általában alacsonyabb, mint az Intel egy chipes kialakítása.

Zen 2 megvalósítás

A Ryzen 3000 sorozatú processzorok hatalmas sikert arattak a mainstream asztali piacon. Ezek a CPU-k a TSMC 7 nm-es folyamatára épített Zen 2 architektúrára épültek, amelynek nagyon érdekes fejlesztései voltak a Zen architektúra tervezésében. A Zen 2 egyesítette a CPU magokat egyenként 4 darabos magkomplexummá, miközben a 32 MB L3 gyorsítótár készletét két kisebb, egyenként 16 MB gyorsítótárra osztotta. Ezek a központi komplexek (CCX) voltak a Zen 2 processzorok alapja. Mindegyik 4 magos komplexumnak azonnali hozzáférése volt a 16 MB L3 gyorsítótárhoz, ami fontos volt a késés javításához. Ez azt jelentette, hogy a Zen 2 nagyon versenyképes volt az Intel számára a késésérzékeny alkalmazásokban, például a játékokban, míg a többszálas munkaterhelésekben erősen felülmúlta az Intel teljesítményét.

A különböző CCX egységeket továbbra is össze kellett kapcsolni az Infinity Fabric-en keresztül, így némi késésre továbbra is számítani kellett. Mindazonáltal a Zen 2 15% -os IPC (Instructions Per Clock) fejlesztést kínált a Zen + -hoz képest, és magasabb magórákkal is büszkélkedhetett. Ez a generáció fontos volt az AMD számára, mivel most visszatértek az Intelrel folytatott versenybe, és gyors fejlesztéseik és az Intel önelégültsége miatt hatalmas fejlődési lehetőségekkel rendelkeznek.

Az AMD Zen 2 alapú Ryzen 3000 sorozatú processzorok multi-CCX kialakítást alkalmaztak - Kép: Hexus

A Zen 3 céljai

Az AMD a Zen 3 fejlesztését tűzte ki célul, nagyon világos célt szem előtt tartva. Mivel ők már uralják a verseny többszálas oldalát, az egyetlen terület, ahol még mindig kissé elmaradnak az Intel mögött, a játék. Bármennyire is jó volt a Zen 3, nem tudta ellopni az Intel játékkoronáját a kék csapat kialakítása miatt, amely rendkívül magas órajelet és alacsony késési időt kínál. Azok a tiszta játékosok, akik a lehető legmagasabb képkockasebességet szeretnék, még mindig az Intel volt a válasz. Ezért az AMD erre a generációra vonatkozó céljai egyértelműek voltak:

• Javítsa a mag-mag késést
• Növelje az alapóra sebességét
• Növelje az óránkénti utasításokat (IPC)
• Növelje a hatékonyságot (nagyobb teljesítmény wattonként)
• Növelje az egyszálas teljesítményt

Figyelembe véve, hogy a Zen 2 már nagyon jó előadó volt a többmagos alkalmazásokban, az AMD-nek könnyű volt szinte kizárólag az egyszálú teljesítményre összpontosítania ezen CPU-generáció számára.

Zen 3 fejlesztések

Az AMD az új processzorokról és a Zen 3 architektúráról beszélt a „Hol kezdődik a játék” élő közvetítésében október 8-án.^th. Az AMD állítása szerint a Zen 3 a legnagyobb generációs ugrás a Zen architektúra történetében. Az új Ryzen 5000 CPU-k továbbra is a TSMC 7 nm-es folyamatán alapulnak, de a motorháztető alatt szép számmal építészeti fejlesztésekkel büszkélkedhetnek.

8 magos komplex tervezés

Az új architektúra vitathatatlanul legnagyobb javulása a vadonatúj elrendezés volt. Az AMD megszüntette a Zen 2 többszörös CCX tervezését, és ehelyett egyetlen 8 magos Komplex kialakítást választott, amelyben mind a 8 mag hozzáfér a teljes 32 MB L3 gyorsítótárhoz. Ennek az újratervezésnek óriási következményei vannak a késésérzékeny alkalmazásokban, például a játékokban.

Egy újratervezett 8 magos komplexummal a teljes 32 MB L3 gyorsítótár már elérhető minden mag számára - Kép: AMD

Ha minden mag közvetlen kapcsolatban áll a gyorsítótárral és a többi maggal, ez jelentősen javítja a késleltetést, mivel az adatok nem rendelkeznek a teljes szerszám keresztezésével ahhoz, hogy egyik oldalról a másikra jussanak. Ez az újratervezés javítja a chip hatékony memória késleltetését is, ami megnöveli az egyszálas feladatok teljesítményét.

IPC fejlesztése

A központi komplexum továbbfejlesztett elrendezése nem az egyetlen fejlesztés, amelyet a Zen 3 hoz. Az AMD 19% -os javulást igényel a Zen 2-nél, ami óriási adat. Az IPC vagy az óránkénti utasítások azt jelzik, hogy a CPU mekkora munkát végezhet órajelenként. A 19% -os javulás a legnagyobb ugrás, amit az IPC-ben láttunk, mióta a Ryzen 2017-ben elindult. A Zen 2 processzorok előző generációja szintén meglehetősen hatalmas, 15% -os IPC javulást hozott a Zen + architektúrához képest.

Ez az IPC fejlesztés azt jelenti, hogy az AMD versenybe szállhat az Intel égig érő magóráival, ha akár 5 GHz alatt is marad a boost órák szempontjából. Az AMD felvázolta az IPC hatalmas növekedésének közreműködőit is. A promóciós anyag szerint a fő hozzájáruló tényezők a következők:

Az IPC 19% -os javulása az AMD eddigi legnagyobb generációs ugrása - Kép: AMD

• Gyorsítótár előretöltése
• Végrehajtó motor
• Fiókjósló
• Micro-op gyorsítótár
• Front End
• Betöltés / tárolás

Javított hatékonyság

A TSMC 7nm-es folyamatának hihetetlen sűrűsége miatt az AMD még több energiát tudott zsúfolni a Ryzen chipekbe, miközben megtartotta az átlagos átlagos teljesítményfelvételt. Az AMD azt állítja, hogy a Ryzen 5000 sorozatú chipek ugyanazon a 7 nm-es folyamaton alapulnak, mint a 3000-es sorozat, azonban a folyamatot finomították, és az így kapott chipek így hatékonyabbak.

A lenyűgöző 2,4x teljesítmény / watt teljesítmény javításával az AMD kordában tartotta az áramfelvételt - Kép: AMD

Az AMD szintén merészen állította, hogy a Ryzen 9 5900X és az 5950X ugyanannyi energiát fog fogyasztani, mint az utolsó generációs 3900X, illetve a 3950X, annak ellenére, hogy nagyobbak az órajelek és a továbbfejlesztett IPC. Az AMD promóciós anyagai az eredeti Zen architektúrához képest „2,4X teljesítmény per watt” javulást idéztek. Ez a szám megegyezik az AMD állításával az 5900X és 5950X teljesítményfelvételről, mivel most magasabb az órájuk, de még mindig ugyanazok a TDP-számok, mint elődeiknél.

Finomított szilícium, magasabb órák

A Ryzen 3000 sorozat élettartama végén az AMD kiadott egy frissítést, amely 3 processzort adott hozzá az „XT” márkanévvel ellátott sorozathoz. A Ryzen 5 3600XT, a Ryzen 7 3800XT és a Ryzen 9 3900XT pontosan ugyanazok a processzorok voltak, mint az alapmodellek, de nagyobb az órajel sebessége. A termék élettartama végén a gyártási folyamat éretté válik, és a szilícium minősége jobbá válik. Ez azt jelenti, hogy a szilícium olyan CPU-kat állít elő, amelyek magasabbra tudnak lendülni és hosszabb ideig tartják az órákat. Pontosan így vált lehetővé a processzorok XT felállása.

A Zen 3 CPU-kkal az AMD ugyanazt az érett gyártási folyamatot és a jobb minőségű szilíciumot használta az 5000-es sorozatú CPU-k felépítésére ugyanazon a 7 nm-es csomóponton. Ez lehetővé tette az AMD számára, hogy a lendületes órákat sokkal magasabbra tolja, mint az utolsó generáció XT sorozata. A magasabb impulzusú órák, magasabb IPC-vel és a mag elrendezésének újratervezésével párosulva azt jelentették, hogy az AMD készen állt az egyszálas teljesítmény kihívásának kezelésére. A 4 Ryzen 5000 sorozatú processzorok hirdetett órajelei a következők:

Hirdetett specifikációk a 3 Ryzen 5000 sorozatú CPU-khoz - Kép: AMD

• AMD Ryzen 5 5600X: 3,7 GHz alap, 4,6 GHz Boost
• AMD Ryzen 7 5800X: 3,8 GHz alap, 4,7 GHz Boost
• AMD Ryzen 9 5900X: 3,7 GHz alap, 4,8 GHz Boost
• AMD Ryzen 9 5950X: 3,4 GHz-es alap, 4,9 GHz-es Boost

Chiplet Design előnyei

Számos tényező tette lehetővé, hogy az AMD ilyen jelentős generációk közötti ugrást hajtson végre. Az egyik legnagyobb a chipek megtervezése, nevezetesen a CPU „Chiplet Style” elrendezése meghal. Ez a kialakítás számos kulcselőnyt kínál a generációs fejlesztések terén:

• Méretezhetőség: Annak a ténynek köszönhetően, hogy a magok az aljzaton lévő chipletek belsejében vannak elrendezve, lehetséges, hogy az AMD több magot tömörítsen egy hasonló csomagba, a túlmelegedés veszélye nélkül. Az Intel versenyképes kialakításával az összes mag nagyon közel helyezkedik el egymáshoz, amelyek drasztikus hőproblémákat okozhatnak, ha nincs megfelelően beállítva. Az AMD ezzel szemben sikeresen alkalmazta ezt a chipletkialakítást 6 magos, 8 magos, 12 magos és akár 16 magos processzorok előállítására a mainstream asztali platformon. Ez azt jelenti, hogy az AMD ennek a kialakításnak köszönhetően magszámláló erőfölényt hozott létre.
• Könnyű fejlesztés: A tervezés másik nagy előnye nyilvánvalóan a könnyű fejlesztés. A Zen 3 architektúra fejlesztési folyamata során az AMD pontosan ugyanazt az alaptervet használta, mint a Zen 2, majd módosította. Ez azt jelentette, hogy a dizájn már bizonyos fokig tökéletes volt, és az AMD-nek könnyű volt javítani azokon a kulcsfontosságú területeken, amelyeket megcéloztak.
• Egyidejű 5 nm-es fejlesztés: Az AMD arra is felhívta a figyelmet, hogy az 5 nm-es architektúrára épülő Ryzen CPU-kkal kapcsolatos jövőbeli terveik is jó úton haladnak. Ennek oka, hogy a chiplet tervezési architektúrája lehetővé teszi az AMD számára, hogy egyidejűleg több fejlesztési folyamatot futtasson. Az AMD bízott abban, hogy 5 nm-es folyamatuk a tervek szerint érkezik meg, csakúgy, mint a 7 nm-es folyamaton alapuló Zen 3 és Zen 2 architektúrák esetében.

Az AMD azt állítja, hogy 5 nm-es folyamata is a tervezés alatt áll - Kép: AMD

Várható eredmények

A Zen 3 alapú Ryzen 5000 sorozatú processzorok ígéretek szerint az iparág vezetői lesznek nemcsak a többszálas munkaterhelések, hanem a játék terén is. Az AMD 2006 óta először hivatalosan trónfosztotta az Intel-t az abszolút legjobb játékteljesítményért folytatott versenyben (az AMD állításai szerint). Az AMD azt is állította, hogy a Ryzen 9 5950X-hez képest bármely asztali chip közül a legmagasabb egyszálas teljesítményt nyújtja, amelyet szorosan követ a Ryzen 9 5900X. Vessünk egy pillantást a Zen 3 építészeti fejlesztéseinek várható eredményeire.

Vezetés a játékban

Óriási 19% -os IPC fejlesztéssel, megnövekedett magórákkal és újratervezett alap komplex rendszerrel az AMD óriási ugrást tett a játékteljesítményben ebben a generációban. Míg a Zen 2 meglehetősen versenyképes volt az Intel kínálatával, a Zen 3 azt tervezi, hogy minden játékterhelésben teljes mértékben megveri az Intelet. Az AMD állítása szerint a Ryzen 9 5900X játékokban átlagosan körülbelül 26% -kal gyorsabb, mint a Ryzen 9 3900X. Ez egy óriási ugrás, amelyet egyetlen generáció alatt kell végrehajtani.

Sőt, az AMD azt is állította, hogy a Ryzen 9 5900X gyorsabb, mint a Core i9-10900K játék. Ez elég hatalmas hír az AMD-rajongóknak és az általános PC-rajongóknak. Ez most azt jelenti, hogy a legjobb AMD CPU-k mind a játék, mind a többmagos alkalmazások terén legyőzik a legjobb Intel CPU-kat. Nem segít az Intel esetén, hogy még mindig ragaszkodnak az archaikus 14 nm-es architektúrához és a következő generációs Rocket-Lake processzorok 14nm-n vannak. Eközben az AMD minden hengerre lő 7 nm-es kínálatával a Zen 2-ben és a Zen 3-ban, miközben egyidejűleg dolgozik az 5 nm-es terveken is, amelyek látszólag a pályán is vannak. Ennek komoly következményei lehetnek az Intel asztali processzorainak piaci részesedésére.

Az AMD Ryzen 5000 sorozatú processzorok gyorsabbak a játékban, mint az Intel kínálata - Kép: AMD

Továbbfejlesztett egyszálú teljesítmény

Az AMD-nek egy ideje jobb a többmagos teljesítménye, de ez nem feltétlenül jelent jobb játékteljesítményt, mivel a modern játékok nem használják ki hatékonyan az összes magot. Sok játéknak van egy domináns szála, amelyet gyakran „világszálnak” neveznek, és amelyet a legtöbbet kihasználnak. A világszál rendkívül érzékeny a késleltetésre és az egymagos teljesítményre. Az AMD építészeti átalakításának köszönhetően a késleltetés nagymértékben csökkent, ezáltal jelentősen javítva ennek a domináns szálnak a teljesítményét. Ez lehetővé tette az AMD számára, hogy átvegye a vezetést a játékhelyzetekben.

Ez egyben azt is jelenti, hogy az AMD egyszálas teljesítménye mára jelentősen felülmúlja az Intelét. Valójában az AMD lenyűgöző 640-es egy magos Cinebench-pontszámot mutatott a Ryzen 9 5950X esetében, amelyet szorosan követett a Ryzen 9 5900X 631-es mutatója. Ezek a fejlesztések az építészeti mag komplex újratervezésének, a késleltetett késleltetésnek és a Zen 3 architektúra nagyobb teljesítményű óráinak köszönhetően is lehetségesek. További információ a Ryzen 5000 sorozatú processzorok egyszálas teljesítményéről ez a cikk.

Az AMD Ryzen 9 5900X rekordmagasságú, 631-es pontszámmal rendelkezik Cinebenchben - Kép: AMD

Még nagyobb több szálú teljesítmény

Az AMD folytatva dominanciáját a többszálas teljesítményszegmens felett, és ismét lenyűgöző számokat mutatott be a Zen 3 alapú Ryzen 5000 sorozatú processzoraiban. Különösen a 12 magos Ryzen 9 5900X és a Ryzen 9 5950X páratlan teljesítményt nyújt a mag nagy terhelésében. Az AMD emellett néhány módosítást is elvégzett a motorháztető alatt, ami lehetővé tette, hogy az 5950X legyen a leggyorsabb asztali processzor a CAD-munkához is. Az AMD a legjobb játékprocesszornak ÉS a tartalomalkotás legjobb processzorának tartotta, és ezzel az állítással nehéz vitatkozni. Az AMD lenyűgöző 12% -kal nagyobb teljesítményt igényelt a munkaterhelések renderelésében a 3950X felett. Ezáltal ez a processzor abszolút vadállat azok számára, akik a lehető legjobbra törekszenek, amit az asztali számítástechnika kínál.

Riasztó harangok az Intel számára?

Kétségtelen, hogy az AMD szinte vakító sebességgel javította Ryzen processzorainak kínálatát. Hatalmas teljesítmény-fejlesztéseket kínáltak generációról generációra, és a Zen 3 ígérkezik az eddigi legnagyobb ugrásuknak. Míg a Ryzen 3000 sorozatú processzorok kiváló értéket kínáltak az alapszámok és az árak tekintetében, egy fő terhelésben: a játékban még mindig lemaradtak az Intelről. Az AMD szilárd vezetést szerzett az asztali piac szinte minden más aspektusában, legyen szó a renderelésről, a kódolásról, a videokészítésről vagy a streamingről, de a játékban meg kellett előzniük az Intel-t, hogy valóban a kategóriájuk vitathatatlanul legjobb processzorai legyenek.

A Ryzen processzorok csodálatos építészeti kialakításának, a TSMC 7 nm-es folyamatának, valamint az AMD fejlesztőcsapat ragyogó tervezésének és kivitelezésének köszönhetően végül a Zen 3-mal hajtották végre ezt. Ez az indítás riasztó harangokat cseng az Intel központjában. Az Intel hatalmas vállalat, és semmiképpen sem válaszolhatnának erre, de a fejlesztés sebességét illetően minden bizonnyal elmaradtak az AMD-től. A fő akadály, amelyet az Intelnek meg kell szüntetnie, az a 14 nm-es folyamat, amelyet a Skylake óta használ.

Az Intel építészeti ütemterve - Kép: Wccftech

Az Intelnek jól dokumentált problémái voltak a 10 nm-es folyamatával, ezért még nem képesek az architektúra alapján asztali chipeket bevezetni. Az árapály azonban hamarosan megváltozhat, amint az Intel sikeresen kiadta a „Tiger Lake” kódnévvel ellátott legújabb laptop processzorait, amelyek a 10 nm-es architektúrán alapulnak. Ezek a laptop-chipek mind a teljesítmény, mind a hatékonyság terén jelentős javulást nyújtanak az elmúlt generáció során, és hihető, hogy az Intel valószínűleg azon dolgozik, hogy ezt a folyamatot az asztali CPU-kba vigye át. Ha az Intelnek sikerül működőképessé tennie 10 nm-es folyamatát, az elkövetkező évek nagyon érdekesek lesznek a CPU teljesítmény rajongói számára.