Udoskonalenia architektoniczne AMD Zen 3: wyjaśnione

Opinie

8 październikath,2020 Firma AMD ogłosiła, że ​​wprowadzi zupełnie nowe procesory do komputerów stacjonarnych z serii Ryzen 5000 oparte na architekturze Zen 3. To ogłoszenie było jedną z najbardziej oczekiwanych zapowiedzi sprzętu komputerowego w tym roku. Od czasu premiery oryginalnej architektury Zen w 2017 roku AMD znajduje się na gwałtownym wzroście pod względem corocznych ulepszeń architektonicznych. W tym roku nie było inaczej, a AMD twierdzi, że oferuje największy skok pokoleniowy w historii procesorów Ryzen. Co sprawia, że ​​ta nowa architektura jest tak wyjątkowa? Przyjrzyjmy się dokładniej ulepszeniom architektonicznym, które wprowadza Zen 3.



AMD zaprezentowało swoją architekturę Zen 3 8 października 2020 r. - Zdjęcie: Wccftech

Podstawy architektury zen

Procesory AMD Ryzen wykorzystują unikalną konstrukcję, która bardzo różni się od tego, którego używa ich główny konkurent Intel w swoich procesorach do komputerów stacjonarnych. Procesory Ryzen są w rzeczywistości oparte na wielu małych chipletach, a nie na dużym pojedynczym chipie. Te różne chiplety komunikują się ze sobą za pośrednictwem połączenia znanego jako „Infinity Fabric”. AMD opisuje strukturę Infinity jako nadzbiór hiper-transportu, który umożliwia szybką łączność między różnymi chipletami w procesorach AMD. Oznacza to, że zamiast pojedynczego chipa na podłożu znajduje się wiele małych chipletów, które komunikują się ze sobą za pomocą szybkiego łącza.



Ten projekt ma swoje wady i zalety. Największą zaletą jest skalowalność. Konstrukcja chiplet oznacza, że ​​AMD może spakować więcej rdzeni w mniejszy pakiet, umożliwiając tym samym opcje dużej liczby rdzeni nawet w budżetowym segmencie rynku procesorów. Główną wadą tego projektu jest opóźnienie. Rdzenie są fizycznie oddzielone od siebie, co wprowadza nieco większe opóźnienie ze względu na czas potrzebny na przesłanie danych przez sieć nieskończoności. Oznacza to, że wydajność w aplikacjach wrażliwych na opóźnienia, takich jak gry, jest zwykle niższa niż w projektach jednoukładowych Intela.



Implementacja Zen 2

Procesory z serii Ryzen 3000 odniosły ogromny sukces na głównym rynku komputerów stacjonarnych. Te procesory były oparte na architekturze Zen 2 zbudowanej w procesie 7 nm TSMC, w którym wprowadzono kilka bardzo interesujących ulepszeń w projekcie architektury Zen. Zen 2 połączył rdzenie procesora w kompleksy rdzeniowe po 4 każdy, jednocześnie dzieląc pulę 32 MB pamięci podręcznej L3 na dwie mniejsze pule po 16 MB każda. Te podstawowe kompleksy (CCX) były podstawą linii procesorów Zen 2. Każdy 4-rdzeniowy kompleks miał natychmiastowy dostęp do 16 MB pamięci podręcznej L3, co było ważne dla poprawy opóźnienia. Oznaczało to, że Zen 2 był bardzo konkurencyjny w stosunku do Intela w aplikacjach wrażliwych na opóźnienia, takich jak gry, podczas gdy znacznie przewyższał Intel w przypadku obciążeń wielowątkowych.



Różne jednostki CCX nadal musiały być połączone za pośrednictwem Infinity Fabric, więc nadal można było oczekiwać pewnego opóźnienia. Niemniej jednak Zen 2 oferował poprawę o 15% IPC (instrukcje na zegar) w porównaniu z Zen +, a także pochwalił się wyższymi taktami rdzeniowymi. To pokolenie było ważne dla AMD, ponieważ teraz udało im się odzyskać drogę do konkurencji z Intelem i ma ogromny potencjał do ulepszeń dzięki szybkim innowacjom i samozadowoleniu Intela.

Procesory z serii Ryzen 3000 oparte na AMD Zen 2 wykorzystywały konstrukcję multi-CCX - Zdjęcie: Hexus

Cele dla Zen 3

AMD postanowiło opracować Zen 3 z bardzo jasnym celem. Ponieważ zdominowali już wielowątkową stronę konkurencji, jedynym obszarem, w którym wciąż pozostają nieco w tyle za Intelem, są gry. Zen 3 był tak dobry, że nie mógł ukraść korony gier Intelowi ze względu na konstrukcję zespołu niebieskiego, która oferuje niezwykle wysokie częstotliwości taktowania i niskie opóźnienia. Dla czystych graczy, którzy chcą jak największej liczby klatek na sekundę, odpowiedzią wciąż był Intel. Dlatego cele AMD dla tej generacji były jasne:



  • Popraw opóźnienie między rdzeniami
  • Zwiększ taktowanie rdzenia
  • Zwiększ liczbę instrukcji na zegar (IPC)
  • Zwiększ wydajność (wyższa wydajność na wat)
  • Zwiększ wydajność jednowątkową

Biorąc pod uwagę, że Zen 2 był już bardzo solidnym narzędziem w aplikacjach wielordzeniowych, AMD łatwo było skupić się prawie wyłącznie na wydajności jednowątkowej dla tej generacji procesorów.

Ulepszenia Zen 3

AMD opowiedziało o swoich nowych procesorach i architekturze Zen 3 w transmisji na żywo „Where Gaming Begins” 8 październikath. AMD twierdzi, że Zen 3 to największy skok pokoleniowy w historii architektury Zen. Nowe procesory Ryzen 5000 nadal są oparte na procesie 7 nm TSMC, ale oferują wiele udoskonaleń architektonicznych pod maską.

8-rdzeniowy złożony projekt

Prawdopodobnie największym ulepszeniem w nowej architekturze był całkowicie nowy układ. AMD zrezygnowało z konstrukcji Zen 2 z wieloma CCX i zamiast tego zdecydowało się na pojedynczy 8-rdzeniowy złożony projekt, w którym wszystkie 8 rdzeni mają dostęp do całego 32 MB pamięci podręcznej L3. To przeprojektowanie ma ogromne konsekwencje w aplikacjach wrażliwych na opóźnienia, takich jak gry.

Dzięki przeprojektowanemu 8-rdzeniowemu kompleksowi cała 32 MB pamięci podręcznej L3 jest teraz dostępna dla każdego rdzenia - Zdjęcie: AMD

Gdy każdy rdzeń jest w bezpośrednim kontakcie z pamięcią podręczną i innymi rdzeniami, znacznie poprawia to opóźnienie, ponieważ dane nie przechodzą przez całą matrycę, aby przejść z jednej strony na drugą. To przeprojektowanie poprawia również efektywne opóźnienie pamięci chipa, skutkując zwiększoną wydajnością dla zadań jednowątkowych.

Poprawa IPC

Ulepszony układ kompleksu rdzenia to nie jedyne ulepszenie, jakie przynosi Zen 3. AMD twierdzi, że poprawa IPC o 19% w stosunku do Zen 2 jest ogromna. IPC lub instrukcje na zegar wskazują, ile pracy może wykonać procesor na cykl zegara. Poprawa o 19% to największy skok, jaki widzieliśmy w IPC od czasu premiery Ryzena w 2017 roku. Poprzednia generacja procesorów Zen 2 również przyniosła znaczną poprawę IPC o 15% w stosunku do architektury Zen +.

jak korzystać z unarchiver

To ulepszenie IPC oznacza, że ​​AMD może konkurować z wysokimi zegarami rdzeni Intela, utrzymując nawet poniżej 5 GHz pod względem taktowania boost. AMD wskazało również, którzy przyczynili się do tego ogromnego wzrostu IPC. Zgodnie z materiałami promocyjnymi głównymi czynnikami wpływającymi na to są:

Poprawa IPC o 19% to największy jak dotąd skok pokoleniowy AMD - Zdjęcie: AMD

  • Wstępne pobieranie z pamięci podręcznej
  • Silnik wykonawczy
  • Branch Predictor
  • Pamięć podręczna mikrooperacji
  • Front End
  • Załaduj / zapisz

Poprawiona wydajność

Ze względu na niesamowitą gęstość 7-nanometrowego procesu TSMC, AMD było w stanie włożyć jeszcze więcej mocy do układów Ryzen, zachowując ten sam średni pobór mocy. AMD twierdzi, że chipy z serii Ryzen 5000 są zbudowane w oparciu o ten sam proces 7 nm, co seria 3000, jednak proces został dopracowany, a powstałe chipy są dzięki temu bardziej wydajne.

Dzięki imponującej poprawie wydajności 2,4x na wat AMD utrzymało pobór mocy w ryzach - Zdjęcie: AMD

AMD stwierdziło również odważne twierdzenie, że Ryzen 9 5900X i 5950X będą zużywać taką samą ilość energii, jak odpowiednio 3900X i 3950X ostatniej generacji, pomimo wyższych taktów doładowania i ulepszonego IPC. W materiałach promocyjnych AMD podano, że „wydajność 2,4x na wat” jest lepsza od oryginalnej architektury Zen. Ta liczba jest zgodna z twierdzeniami AMD o poborze mocy 5900X i 5950X, ponieważ mają teraz wyższe zegary, ale nadal mają te same wartości TDP, co ich poprzednicy.

Wyrafinowany silikon, wyższe zegary

Pod koniec okresu eksploatacji serii Ryzen 3000 AMD wypuściło odświeżenie, które dodało do tej serii 3 procesory z oznaczeniem „XT”. Ryzen 5 3600XT, Ryzen 7 3800XT i Ryzen 9 3900XT były dokładnie tymi samymi procesorami, co modele podstawowe, ale z wyższymi częstotliwościami zegara. Pod koniec okresu użytkowania produktu proces produkcyjny staje się dojrzały, a jakość krzemu poprawia się. Oznacza to, że krzem produkuje procesory, które mogą zwiększać moc i dłużej utrzymywać zegary. Właśnie w ten sposób stała się możliwa linia procesorów XT.

W przypadku procesorów Zen 3 AMD użyło tego samego dojrzałego procesu produkcyjnego i wyższej jakości krzemu do zbudowania procesorów z serii 5000 na tym samym węźle 7 nm. Pozwoliło to AMD przesunąć zegary doładowania znacznie wyżej niż nawet seria XT ostatniej generacji. Wyższe zegary doładowania w połączeniu z wyższym IPC i przeprojektowaniem układu rdzenia sprawiły, że AMD było gotowe stawić czoła wyzwaniu związanemu z wydajnością jednowątkową. Reklamowane częstotliwości taktowania 4 procesorów z serii Ryzen 5000 są następujące:

Reklamowana specyfikacja 3 procesorów z serii Ryzen 5000 - Zdjęcie: AMD

Brother Control Center 4 nie łączy się z drukarką
  • AMD Ryzen 5 5600X: 3,7 GHz, przyspieszenie 4,6 GHz
  • AMD Ryzen 7 5800X: podstawowa 3,8 GHz, przyspieszenie 4,7 GHz
  • AMD Ryzen 9 5900X: 3,7 GHz, przyspieszenie 4,8 GHz
  • AMD Ryzen 9 5950X: podstawowa 3,4 GHz, przyspieszenie 4,9 GHz

Zalety konstrukcji Chiplet

Było wiele czynników, które umożliwiły AMD dokonanie tak znaczącego skoku międzypokoleniowego. Jednym z największych jest sam projekt chipów, a mianowicie układ matryc procesora w stylu „Chiplet”. Ten projekt oferuje wiele kluczowych zalet, jeśli chodzi o ulepszenia pokoleniowe:

  • Skalowalność: Ze względu na to, że rdzenie są rozmieszczone wewnątrz chipletów na podłożu, AMD może upychać więcej rdzeni w podobnym pakiecie bez ryzyka przegrzania. Konkurencyjna konstrukcja Intela umieszcza wszystkie rdzenie bardzo blisko siebie, co może powodować drastyczne problemy termiczne, jeśli nie są odpowiednio skonfigurowane. Z drugiej strony AMD z powodzeniem wykorzystało ten projekt chipletu do tworzenia 6-rdzeniowych, 8-rdzeniowych, 12-rdzeniowych, a nawet 16-rdzeniowych procesorów na popularnej platformie desktopowej. Oznacza to, że dzięki temu projektowi AMD osiągnęło dominację w liczbie rdzeni.
  • Łatwość rozwoju: Kolejną dużą zaletą tego projektu jest najwyraźniej łatwość wykonania. Podczas procesu tworzenia architektury Zen 3 AMD użyło dokładnie tego samego projektu podstawowego co Zen 2, a następnie go zmodyfikowało. Oznaczało to, że projekt był już do pewnego stopnia dopracowany, a AMD łatwo było ulepszyć w kluczowych obszarach, na które były skierowane.
  • Równoczesny rozwój 5 nm: AMD zwróciło również uwagę, że ich przyszłe plany dotyczące procesorów Ryzen opartych na architekturze 5 nm są również na dobrej drodze. Dzieje się tak, ponieważ architektura projektu chiplet umożliwia AMD jednoczesne uruchamianie wielu strumieni programistycznych. AMD było przekonane, że ich proces 5 nm pojawi się zgodnie z planem, podobnie jak architektury Zen 3 i Zen 2 oparte na procesie 7 nm.

AMD twierdzi, że jego proces 5 nm jest również w fazie projektowania - Zdjęcie: AMD

oczekiwane rezultaty

Procesory z serii Ryzen 5000 oparte na Zen 3 obiecują być liderami w branży nie tylko w wielowątkowej pracy, ale także w grach. Po raz pierwszy od 2006 roku AMD oficjalnie zdetronizowało Intela w wyścigu o absolutnie najlepszą wydajność w grach (według twierdzeń AMD). AMD twierdzi również, że ma najwyższą wydajność jednowątkową ze wszystkich układów do komputerów stacjonarnych z Ryzen 9 5950X, a zaraz po nim Ryzen 9 5900X. Przyjrzyjmy się oczekiwanym rezultatom ulepszeń architektonicznych wprowadzonych przez Zen 3.

Przywództwo w grach

Dzięki olbrzymiej 19-procentowej poprawie IPC, zwiększonym zegarów rdzeni i przeprojektowanemu złożonemu systemowi rdzenia, AMD dokonało gigantycznego skoku w wydajności gier tej generacji. Podczas gdy Zen 2 był dość konkurencyjny w stosunku do ofert Intela, Zen 3 planuje zdecydowanie pokonać Intel we wszystkich obciążeniach związanych z grami. AMD twierdzi, że Ryzen 9 5900X jest średnio o około 26% szybszy niż Ryzen 9 3900X w grach. To gigantyczny krok w ciągu zaledwie jednego pokolenia.

Co więcej, AMD twierdziło również, że Ryzen 9 5900X jest szybszy niż Core i9-10900K w grach. To całkiem ogromna wiadomość dla fanów AMD, którzy i dla zwykłych entuzjastów komputerów PC. Oznacza to, że najlepsze procesory AMD pokonały najlepsze procesory Intela zarówno w aplikacjach do gier, jak i wielordzeniowych. Nie pomaga to twierdzeniu Intela, że ​​wciąż tkwią w archaicznej architekturze 14 nm i ich następna generacja procesorów Rocket-Lake Mówi się również, że jest w 14 nm. W międzyczasie AMD strzela do wszystkich cylindrów z ofertami 7 nm w Zen 2 i Zen 3, a jednocześnie pracuje nad planami 5 nm, które najwyraźniej również są na dobrej drodze. Może to mieć poważne konsekwencje dla udziału w rynku procesorów Intel do komputerów stacjonarnych.

Procesory AMD Ryzen z serii 5000 są szybsze w grach niż produkty oferowane przez firmę Intel - Zdjęcie: AMD

Ulepszona wydajność jednowątkowa

AMD od jakiegoś czasu ma lepszą wydajność wielordzeniową, ale to niekoniecznie przekłada się na lepszą wydajność w grach, ponieważ współczesne gry nie wykorzystują efektywnie wszystkich rdzeni. Wiele gier ma wątek dominujący, często nazywany „wątkiem światowym”, który jest najczęściej wykorzystywany. Wątek światowy jest niezwykle wrażliwy na opóźnienia i wydajność pojedynczego rdzenia. Dzięki przeprojektowaniu architektury AMD opóźnienie zostało znacznie zmniejszone, co znacznie poprawiło wydajność tego dominującego wątku. Umożliwiło to AMD objęcie wiodącej roli w scenariuszach gier.

Oznacza to również, że jednowątkowa wydajność AMD jest teraz znacznie lepsza niż Intel. W rzeczywistości AMD pokazało imponujący wynik w jednordzeniowym Cinebench wynoszący 640 dla Ryzena 9 5950X, tuż za nim uplasował się wynik 631 dla Ryzen 9 5900X. Te ulepszenia są również możliwe dzięki przeprojektowaniu kompleksu rdzenia architektonicznego, zmniejszonym opóźnieniom i wyższym taktom doładowania architektury Zen 3. Przeczytaj więcej o jednowątkowej wydajności procesorów z serii Ryzen 5000 w Ten artykuł.

AMD Ryzen 9 5900X ma rekordowy wynik dla jednordzeniowego 631 w Cinebench - Zdjęcie: AMD

Jeszcze wyższa wydajność wielowątkowa

Kontynuując swoją dominację w wielowątkowym segmencie wydajności, AMD ponownie pokazało imponujące wyniki swoich procesorów z serii Ryzen 5000 opartych na Zen 3. W szczególności 12-rdzeniowe procesory Ryzen 9 5900X i Ryzen 9 5950X zapewniają niezrównaną wydajność przy dużych obciążeniach rdzeni. AMD wprowadziło również pewne poprawki pod maską, które po raz pierwszy pozwoliły 5950X być najszybszym procesorem do komputerów stacjonarnych do pracy z CAD. AMD uznało to za najlepszy procesor do gier ORAZ najlepszy procesor do tworzenia treści i trudno zaprzeczyć temu stwierdzeniu. AMD odnotowało imponujące 12% wyższą wydajność w renderowaniu obciążeń w porównaniu z 3950X. To sprawia, że ​​ten procesor jest absolutną bestią dla tych, którzy dążą do tego, co najlepsze, co oferują komputery stacjonarne.

Dzwonki alarmowe dla Intela?

Nie ma wątpliwości, że AMD ulepsza swoją linię procesorów Ryzen w niemal oślepiającym tempie. Oferowali ogromne ulepszenia wydajności z pokolenia na pokolenie, a Zen 3 zapowiada się na ich największy skok. Chociaż procesory z serii Ryzen 3000 oferowały doskonałą wartość pod względem liczby rdzeni i ceny, nadal pozostawały w tyle za Intelem w zakresie jednego głównego zadania: gier. AMD ustanowiło silną pozycję lidera w prawie wszystkich innych aspektach rynku komputerów stacjonarnych, czy to renderowaniu, kodowaniu, produkcji wideo czy strumieniowaniu, ale musiało wyprzedzić Intela w grach, aby być naprawdę niekwestionowanym najlepszym procesorem w swojej klasie.

Dzięki niesamowitemu projektowi architektonicznemu procesorów Ryzen, procesowi 7 nm TSMC oraz genialnemu planowaniu i wykonaniu przez zespół programistów AMD, w końcu udało im się to dzięki Zen 3. Ta premiera musi być dzwonkiem alarmowym w siedzibie Intela. Intel to ogromna firma i nie ma mowy, żeby na to nie zareagowali, ale z pewnością pozostają w tyle za AMD, jeśli chodzi o szybkość rozwoju. Główną przeszkodą, którą Intel musi pokonać, jest proces starzenia się 14 nm, z którego korzysta od czasów Skylake.

Architektoniczna mapa drogowa firmy Intel - Zdjęcie: Wccftech

Intel miał dobrze udokumentowane problemy z procesem 10 nm i dlatego nie jest jeszcze w stanie wdrożyć chipów do komputerów stacjonarnych opartych na tej architekturze. Jednak sytuacja może się zmienić, gdy Intel z powodzeniem wypuścił swoje najnowsze procesory do laptopów o nazwie kodowej „Tiger Lake”, które są oparte na architekturze 10 nm. Te chipy do laptopów oferują znaczną poprawę zarówno wydajności, jak i wydajności w porównaniu z ostatnią generacją i jest prawdopodobne, że Intel może pracować nad przeniesieniem tego procesu na procesory komputerów stacjonarnych. Jeśli Intelowi uda się sprawić, by ich proces 10 nm działał, nadchodzące lata będą bardzo interesujące dla entuzjastów wydajności procesorów.