AMD Zen 3 Îmbunătățiri arhitecturale: explicat

Pe 8 octombrie^a,AMD 2020 a anunțat că este noul procesor de birou Ryzen seria 5000, bazat pe arhitectura Zen 3. Acest anunț a fost unul dintre cele mai așteptate anunțuri de hardware pentru PC ale anului. De la lansarea arhitecturii originale Zen în 2017, AMD a fost pe o traiectorie ascendentă abruptă în ceea ce privește îmbunătățirile arhitecturale anuale. Anul acesta nu a fost diferit, AMD susținând că oferă cel mai mare salt generațional din istoria procesoarelor Ryzen. Ce face această nouă arhitectură atât de specială? Să aruncăm o adâncime în îmbunătățirile arhitecturale aduse de Zen 3.

AMD și-a dezvăluit arhitectura Zen 3 pe 8 octombrie 2020 - Imagine: Wccftech

Bazele arhitecturii Zen

Procesoarele Ryzen de la AMD folosesc un design unic, care este foarte diferit de ceea ce principalul lor competitor Intel folosește în procesoarele de desktop. Procesoarele Ryzen se bazează de fapt pe mai multe chip-uri mici, mai degrabă decât pe un cip singular mare. Aceste cipuri diferite comunică între ele printr-o conexiune cunoscută sub numele de „Infinity Fabric”. AMD descrie țesătura Infinity ca un superset de hiper-transport care permite o conectivitate rapidă între diferite cipituri din procesoarele AMD. Acest lucru înseamnă că, mai degrabă decât un singur cip, există mai multe criptare mici pe substrat care comunică între ele printr-o legătură rapidă.

Acest design vine cu argumentele pro și contra. Cel mai mare avantaj este scalabilitatea. Un design chiplet înseamnă că AMD poate împacheta mai multe nuclee într-un pachet mai mic, permițând astfel opțiuni de numărare a nucleelor ​​ridicate chiar și pe segmentul bugetar al pieței CPU. Principalul dezavantaj al acestui design este latența. Miezul este separat fizic unul de celălalt, ceea ce introduce un pic mai multă latență datorită timpului necesar pentru ca datele să călătorească prin țesătura infinită. Aceasta înseamnă că performanța în aplicațiile sensibile la latență, cum ar fi jocurile, este de obicei mai mică decât designul Intel cu un singur cip.

Implementarea Zen 2

Procesoarele din seria Ryzen 3000 au avut un succes masiv pe piața principală a desktopurilor. Aceste procesoare s-au bazat pe arhitectura Zen 2 construită pe procesul de 7 nm al TSMC, care a avut câteva îmbunătățiri foarte interesante în proiectarea arhitecturii Zen. Zen 2 a combinat nucleele CPU în nuclee complexe de câte 4, împărțind, de asemenea, grupul de cache L3 de 32 MB în două grupuri mai mici de cache de 16 MB fiecare. Aceste complexe de bază (CCX) au stat la baza liniei Zen 2 de procesoare. Fiecare complex cu 4 nuclee avea acces imediat la 16 MB de cache L3, ceea ce era important pentru îmbunătățirea latenței. Acest lucru a însemnat că Zen 2 a fost foarte competitiv pentru Intel în aplicațiile sensibile la latență, cum ar fi jocurile, în timp ce depășește puternic Intel în sarcinile de lucru multithread.

Diferitele unități CCX trebuiau încă să fie interconectate prin intermediul Infinity Fabric, astfel încât o anumită latență era încă de așteptat. Cu toate acestea, Zen 2 a oferit o îmbunătățire IPC (Instrucțiuni pe ceas) cu 15% față de Zen + și, de asemenea, s-a lăudat cu ceasuri de bază superioare. Această generație a fost importantă pentru AMD, deoarece acum și-au revenit în competiția cu Intel și au un potențial imens de îmbunătățire datorită inovației lor rapide și a satisfacției Intel.

Procesoarele AMD Zen 2 din seria Ryzen 3000 au folosit un design multi-CCX - Imagine: Hexus

Ținte pentru Zen 3

AMD și-a propus să dezvolte Zen 3 având în vedere un obiectiv foarte clar. Întrucât domină deja latura multithread a competiției, singura zonă în care rămân puțin în urma Intel este jocurile. Pe cât de bun a fost Zen 3, nu a putut fura coroana de jocuri de pe Intel datorită designului echipei albastre, care oferă viteze de ceas extrem de mari și o latență scăzută. Pentru jucătorii puri care doresc cel mai mare nivel de cadru, răspunsul a fost tot Intel. Prin urmare, obiectivele AMD pentru această generație erau clare:

• Îmbunătățiți latența Core-to-Core
• Măriți viteza de ceas de bază
• Măriți Instrucțiunile pe ceas (IPC)
• Creșteți eficiența (performanță mai mare pe watt)
• Creșteți performanța cu un singur fir

Având în vedere că Zen 2 a fost deja un performer foarte solid în aplicațiile multi-core, a fost ușor pentru AMD să se concentreze aproape exclusiv pe performanța cu un singur thread pentru această generație de procesoare.

Îmbunătățiri Zen 3

AMD a vorbit despre noile lor procesoare și arhitectura Zen 3 în fluxul live „Unde începe jocul” pe 8 octombrie^a. AMD susține că Zen 3 este cel mai mare salt generațional din istoria arhitecturii Zen. Noile procesoare Ryzen 5000 se bazează în continuare pe procesul de 7 nm al TSMC, dar oferă un număr bun de îmbunătățiri arhitecturale sub capotă.

Proiectare complexă cu 8 nuclee

Probabil că cea mai mare îmbunătățire cu noua arhitectură a fost aspectul complet nou. AMD a renunțat la designul multiplex CCX al Zen 2 și, în schimb, a mers cu un singur design complex cu 8 nuclee, în care toate cele 8 nuclee au acces la întregul cache L3 de 32 MB. Această reproiectare are implicații uriașe în aplicațiile sensibile la latență, cum ar fi jocurile.

Cu un complex de 8 nuclee reproiectat, întregul cache L3 de 32 MB este acum disponibil pentru fiecare nucleu - Imagine: AMD

Cu fiecare nucleu în contact direct cu memoria cache și celelalte nuclee, îmbunătățește latența în mod semnificativ, deoarece datele nu au încrucișarea întregii matrițe pentru a ajunge de la o parte la alta. Această reproiectare îmbunătățește, de asemenea, latența de memorie efectivă a cipului, rezultând o performanță sporită pentru sarcinile cu un singur fir.

Îmbunătățirea IPC

Aspectul îmbunătățit al complexului de bază nu este singura îmbunătățire pe care o aduce Zen 3. AMD pretinde o îmbunătățire IPC de 19% față de Zen 2, ceea ce reprezintă o cifră imensă. IPC sau Instrucțiunile pe ceas indică cât de multă muncă poate face CPU pe ciclu de ceas. Îmbunătățirea cu 19% este cel mai mare salt pe care l-am văzut în IPC de când Ryzen a fost lansat pentru prima dată în 2017. Generația anterioară de procesoare Zen 2 a adus, de asemenea, o îmbunătățire destul de masivă de 15% a IPC peste arhitectura Zen +.

Această îmbunătățire IPC înseamnă că AMD poate concura cu ceasurile Intel Core High-Core, rămânând chiar sub 5 GHz în ceea ce privește ceasurile boost. AMD a subliniat, de asemenea, contribuitorii la această creștere masivă a IPC. Potrivit materialului promoțional, principalii factori care contribuie sunt:

O îmbunătățire IPC cu 19% este cel mai mare salt generațional de până acum al AMD - Imagine: AMD

• Pre-preluarea memoriei cache
• Motor de execuție
• Predictor de ramură
• Cache micro-op
• În față
• Încărcați / stocați

Eficiență îmbunătățită

Datorită densității incredibile a procesului de 7 nm al TSMC, AMD a reușit să înghesuie și mai multă putere în cipurile Ryzen, menținând în același timp consumul mediu de energie. AMD susține că cipurile din seria Ryzen 5000 sunt construite pe același proces de 7 nm ca și în seria 3000, totuși procesul a fost rafinat și cipurile rezultate sunt astfel mai eficiente.

Cu o îmbunătățire impresionantă a performanței de 2.4X pe watt, AMD a ținut sub control consumul de energie - Imagine: AMD

AMD a susținut, de asemenea, îndrăzneț că Ryzen 9 5900X și 5950X vor consuma aceeași cantitate de energie ca 3900X de ultimă generație și, respectiv, 3950X, în ciuda faptului că au ceasuri boost mai mari și IPC îmbunătățit. Materialul promoțional al AMD a citat o îmbunătățire „2.4X Performanță pe Watt” față de arhitectura Zen originală. Acest număr se aliniază cu pretențiile AMD privind consumul de energie de 5900X și 5950X, deoarece acestea au acum ceasuri mai mari, dar au în continuare aceleași numere TDP ca predecesorii lor.

Silicon rafinat, ceasuri superioare

La sfârșitul vieții seriei Ryzen 3000, AMD a lansat o reîmprospătare care a adăugat 3 procesoare la serie cu marca „XT”. Ryzen 5 3600XT, Ryzen 7 3800XT și Ryzen 9 3900XT erau exact aceleași procesoare ca modelele de bază, dar cu viteze de ceas mai mari. La sfârșitul duratei de viață a unui produs, procesul de fabricație devine matur și calitatea siliciului devine mai bună. Acest lucru înseamnă că siliciul produce procesoare care pot crește mai mult și pot menține ceasurile mai mult timp. Exact așa a devenit posibilă gama XT de procesoare.

Cu procesoarele Zen 3, AMD a folosit același proces de fabricație matur și siliciu de calitate superioară pentru a construi procesoarele din seria 5000 pe același nod de 7nm. Acest lucru a permis AMD să împingă ceasurile boost mult mai sus decât chiar și seria XT din ultima generație. Ceasurile cu creștere mai mare, împreună cu IPC mai mare și o reproiectare a aspectului de bază au însemnat că AMD a fost gata să facă față provocării performanței cu un singur fir. Vitezele de ceas publicitare ale celor 4 procesoare din seria Ryzen 5000 sunt după cum urmează:

Specificații publicitare pentru cele 3 procesoare din seria Ryzen 5000 - Imagine: AMD

• AMD Ryzen 5 5600X: 3,7 GHz de bază, 4,6 GHz Boost
• AMD Ryzen 7 5800X: 3,8 GHz de bază, 4,7 GHz Boost
• AMD Ryzen 9 5900X: 3,7 GHz de bază, 4,8 GHz Boost
• AMD Ryzen 9 5950X: 3,4 GHz de bază, 4,9 GHz Boost

Avantajele proiectării Chiplet

Au existat mulți factori care au făcut posibil ca AMD să facă un salt atât de substanțial între generații. Unul dintre cele mai mari este designul cipurilor în sine, și anume aspectul „Chiplet Style” al procesorului. Acest design oferă multe avantaje cheie atunci când vine vorba de îmbunătățiri generaționale:

• Scalabilitate: Datorită faptului că miezurile sunt aranjate în interiorul plăcilor de pe substrat, este posibil ca AMD să înghesuie mai multe miezuri într-un pachet similar, fără riscul supraîncălzirii. Designul concurent al Intel plasează toate nucleele foarte aproape unul de celălalt, care pot avea probleme termice drastice dacă nu sunt configurate corect. AMD, pe de altă parte, a avut succes în utilizarea acestui design chiplet pentru a produce procesoare cu 6 nuclee, 8 nuclee, 12 core și chiar 16 core pe platforma desktop principală. Acest lucru înseamnă că AMD a stabilit o dominanță a numărului de nuclee datorită acestui design.
• Ușurința de dezvoltare: Un alt mare avantaj al acestui design este aparent ușurința sa de dezvoltare. În timpul procesului de dezvoltare a arhitecturii Zen 3, AMD a folosit exact același design de bază ca Zen 2 și apoi l-a modificat. Acest lucru a însemnat că designul a fost deja perfecționat într-un anumit grad și a fost ușor pentru AMD să se îmbunătățească în domeniile cheie pe care le vizau.
• Dezvoltare simultană de 5 nm: AMD a subliniat, de asemenea, că planurile lor viitoare pentru procesoarele Ryzen bazate pe arhitectura de 5 nm erau, de asemenea, pe drumul cel bun. Acest lucru se datorează faptului că arhitectura de proiectare chiplet permite AMD să ruleze simultan mai multe fluxuri de dezvoltare. AMD era încrezător că procesul lor de 5nm va ajunge exact așa cum a fost planificat, la fel cum au făcut arhitecturile Zen 3 și Zen 2 bazate pe procesul de 7nm.

AMD susține că procesul său de 5nm este, de asemenea, în proiectare - Imagine: AMD

rezultate asteptate

Procesoarele Zen 3 din seria Ryzen 5000 promit să fie lideri în industrie nu numai în sarcinile de lucru multithread, ci și în jocuri. Pentru prima dată din 2006, AMD a detronat oficial Intel în cursa pentru cea mai bună performanță de joc absolută (conform afirmațiilor AMD). AMD a susținut, de asemenea, că are cea mai mare performanță single-thread a oricărui cip desktop cu Ryzen 9 5950X, urmată îndeaproape de Ryzen 9 5900X. Să aruncăm o privire asupra rezultatelor așteptate din îmbunătățirile arhitecturale aduse de Zen 3.

Leadership în jocuri

Cu o îmbunătățire IPC de 19%, ceasuri de bază crescute și un sistem complex de nucleu reproiectat, AMD a făcut un salt gigantic în performanța jocurilor în această generație. În timp ce Zen 2 a fost în mod rezonabil competitiv cu ofertele Intel, Zen 3 intenționează să-l învingă direct pe Intel în toate sarcinile de lucru ale jocurilor. AMD susține că Ryzen 9 5900X este în medie cu aproximativ 26% mai rapid decât Ryzen 9 3900X în jocuri. Acesta este un salt gigantic care trebuie făcut într-o singură generație.

Mai mult, AMD a mai susținut că Ryzen 9 5900X este mai rapid decât Core i9-10900K în jocuri. Aceasta este o veste destul de imensă pentru fanii AMD care și pentru entuziaștii generali de PC. Acest lucru înseamnă acum că CPU-urile AMD de top au învins CPU-urile Intel de top atât în ​​aplicații de jocuri, cât și în aplicații multi-core. Nu ajută cazul Intel că acestea sunt încă lipite de arhitectura arhaică de 14nm și procesoarele lor de ultimă generație Rocket-Lake se zvonește, de asemenea, că ar fi pe 14nm. Între timp, AMD trage pe toți cilindrii cu ofertele lor de 7 nm în Zen 2 și Zen 3, în timp ce lucrează în același timp la planurile de 5 nm, care aparent sunt și pe cale. Acest lucru poate avea implicații serioase asupra cotei de piață a procesorului Intel pentru desktop.

Procesoarele din seria AMD Ryzen 5000 sunt mai rapide în jocuri decât ofertele Intel - Imagine: AMD

Performanță îmbunătățită cu un singur fir

AMD are o performanță multicore mai bună de ceva vreme, dar asta nu se traduce neapărat într-o performanță mai bună a jocurilor datorită faptului că jocurile moderne nu utilizează eficient toate nucleele. Multe jocuri au un fir dominant, adesea numit „firul lumii”, care este cel mai puternic utilizat. Firul lumii este sensibil sensibil la latență și la performanțele cu un singur nucleu. Datorită reproiectării arhitecturale a AMD, latența a fost redusă masiv, îmbunătățind astfel performanța acestui fir dominant. Acest lucru a permis AMD să preia conducerea în scenariile de jocuri.

Acest lucru înseamnă, de asemenea, că performanța single-thread a AMD este acum superioară celei Intel. De fapt, AMD a prezentat un impresionant scor single-core Cinebench de 640 pentru Ryzen 9 5950X, care a fost urmat îndeaproape de scorul 631 de Ryzen 9 5900X. Aceste îmbunătățiri sunt, de asemenea, posibile datorită reproiectării complexului de bază arhitectural, a latenței reduse și a ceasurilor cu impulsuri mai mari ale arhitecturii Zen 3. Citiți mai multe despre performanțele cu un singur fir ale procesoarelor din seria Ryzen 5000 din Acest articol.

AMD Ryzen 9 5900X deține un scor record single-core de 631 în Cinebench - Imagine: AMD

Performanță multi-thread chiar mai mare

Continuându-și dominația asupra segmentului de performanță multi-thread, AMD a arătat din nou numere impresionante pentru procesoarele sale din seria Zen Ryzen 5000, bazate pe Zen 3. În special, Ryzen 9 5900X cu 12 nuclee și Ryzen 9 5950X au performanțe de neegalat în sarcini de muncă grele. AMD a făcut, de asemenea, câteva modificări sub capotă, ceea ce a permis ca modelul 5950X să fie și cel mai rapid procesor desktop pentru lucrul CAD, pentru prima dată. AMD l-a considerat cel mai bun procesor de jocuri și cel mai bun procesor pentru crearea de conținut și este greu de argumentat cu această afirmație. AMD a susținut o performanță impresionantă cu 12% mai mare în randarea sarcinilor de lucru peste 3950X. Acest lucru face ca acest procesor să fie o bestie absolută pentru cei care se străduiesc să obțină tot ceea ce poate oferi computerul desktop.

Alarmă pentru Intel?

Nu există nicio îndoială că AMD și-a îmbunătățit gama de procesoare Ryzen la o rată aproape orbitoare. Au oferit îmbunătățiri uriașe de performanță de la generație la generație, iar Zen 3 promite să fie cel mai mare salt de până acum. În timp ce procesoarele din seria Ryzen 3000 au oferit o valoare excelentă în ceea ce privește numărul de nuclee și prețurile, acestea erau încă în spatele Intel într-o singură sarcină principală: jocurile. AMD a stabilit un lider puternic în aproape toate celelalte aspecte ale pieței desktop-urilor, fie că este vorba de redare, codificare, producție video sau streaming, dar trebuiau să-l depășească pe Intel în jocuri pentru a fi cu adevărat cel mai bun procesor incontestabil din clasă.

Datorită designului arhitectural uimitor al procesoarelor Ryzen, a procesului de 7 nm al TSMC și a planificării și execuției strălucite de către echipa de dezvoltare AMD, au reușit în cele din urmă cu Zen 3. Această lansare trebuie să sune la alarmă la sediul Intel. Intel este o companie imensă și nu există nicio modalitate de a nu răspunde la acest lucru, dar cu siguranță au rămas în urma AMD când vine vorba de viteza de dezvoltare. Principalul obstacol pe care Intel trebuie să îl elimine este procesul său în vârstă de 14nm pe care îl folosește încă de la Skylake.

Foaia de parcurs arhitecturală Intel - Imagine: Wccftech

Intel a avut probleme bine documentate cu procesul său de 10nm și, prin urmare, nu sunt încă capabili să lanseze cipuri desktop bazate pe acea arhitectură. Cu toate acestea, valurile s-ar putea schimba în curând, deoarece Intel și-a lansat cu succes recentele procesoare de laptopuri denumite în cod „Lacul Tigru”, care se bazează pe arhitectura de 10nm. Aceste cipuri de laptop oferă îmbunătățiri mari atât în ​​ceea ce privește performanța, cât și eficiența față de ultima generație și este plauzibil ca Intel să poată lucra pentru a transfera acest proces pe CPU-urile desktop. În cazul în care Intel va reuși să își funcționeze procesul de 10nm, anii următori vor fi foarte interesanți pentru pasionații de performanță CPU.