8. oktoobrilth,2020. aasta AMD teatas, et see on Zen 3 arhitektuuril põhinevad uhiuued Ryzen 5000 seeria lauaarvutiprotsessorid. See teade oli selle aasta üks oodatumaid arvutiriistvara teateid. Alates originaalse Zen-arhitektuuri käivitamisest 2017. aastal on AMD olnud iga-aastaste arhitektuuriparanduste osas järsul tõusuteel. See aasta polnud teisiti - AMD väitis, et see pakub Ryzeni protsessorite ajaloo suurimat põlvkondlikku hüpet. Mis teeb selle uue arhitektuuri nii eriliseks? Sukeldume põhjalikult Zen 3 arhitektuuriparandustesse.
AMD tutvustas oma Zen 3 arhitektuuri 8. oktoobril 2020 - Pilt: Wccftech
Zen-arhitektuuri alused
AMD Ryzeni protsessorid kasutavad ainulaadset disaini, mis erineb väga palju sellest, mida nende peamine konkurent Intel oma töölauaprotsessorites kasutab. Ryzeni protsessorid põhinevad tegelikult mitmel väikesel kiibil, mitte suurel ainsusel kiibil. Need erinevad kiibid suhtlevad omavahel lõpmatuse kangana tuntud ühenduse kaudu. AMD kirjeldab Infinity-kangast kui hüpertranspordi superhulka, mis võimaldab AMD-protsessorites erinevate ühenduste vahel kiiret ühenduvust. See tähendab, et ühe kiibi asemel on substraadil mitu väikest kiipi, mis suhtlevad omavahel kiire lingi kaudu.
Sellel disainil on oma plussid ja miinused. Suurim eelis on mastaapsus. Kiibi disain tähendab, et AMD suudab pakkida rohkem südamikke väiksemasse paketti, võimaldades seeläbi kõrgeid südamike loendamise võimalusi ka protsessorite turu eelarvesegmendis. Selle disaini peamine puudus on latentsus. Südamikud on üksteisest füüsiliselt eraldatud, mis lisab natuke rohkem latentsust tänu ajale, mis kulub andmete liikumiseks läbi lõpmatuse kanga. See tähendab, et latentsusetundlikes rakendustes, näiteks mängudes, on jõudlus tavaliselt madalam kui Inteli ühe kiibiga disain.
Zen 2 rakendamine
Ryzen 3000 seeria protsessorid olid peamises lauaarvutiturul tohutu edu. Need protsessorid põhinesid TSMC 7 nm protsessil ehitatud Zen 2 arhitektuuril, millel oli Zen-arhitektuuri kujundamisel väga huvitavaid täiustusi. Zen 2 ühendas protsessori südamikud neljaks tuumakompleksiks, jagades 32MB L3 vahemälu basseini kaheks väiksemaks 16MB vahemälu basseiniks. Need põhikompleksid (CCX) olid protsessorite Zen 2 rivistuse aluseks. Igal neljatuumalisel kompleksil oli viivitamatu juurdepääs 16 MB L3 vahemälule, mis oli oluline latentsuse parandamiseks. See tähendas, et Zen 2 oli latentsetundlikes rakendustes, näiteks mängudes, Inteli jaoks väga konkurentsivõimeline, edestades samal ajal mitmikeermeliste töökoormuste korral Inteli tugevalt.
Erinevad CCX-üksused tuli ikkagi Infinity Fabrici kaudu omavahel ühendada, seega oli oodata siiski mõningast latentsust. Sellest hoolimata pakkus Zen 2 võrreldes Zen + -ga 15% IPC (Instructions Per Clock) täiustust ja uhkustas ka kõrgema südamikuga kelladega. See põlvkond oli AMD jaoks oluline, kuna nüüdseks on nad Inteli konkurentsi saavutanud ja neil on kiire innovatsiooni ja Inteli lepliku enesetunde tõttu suur arengupotentsiaal.
AMD Zen 2-põhised Ryzen 3000-seeria protsessorid kasutasid mitme CCX-i kujundust - Pilt: Hexus
Zen 3 eesmärgid
AMD asus Zen 3 arendama väga selget eesmärki silmas pidades. Kuna nad domineerivad juba konkurentsi mitmikeelelises küljes, on mängimine ainus ala, kus nad Intelist veel pisut maha jäävad. Sama hea kui Zen 3, ei suutnud see sinise meeskonna disaini tõttu, mis pakub ülimalt suurt taktsagedust ja väikest latentsust, Inteli mängukrooni varastada. Puhaste mängijate jaoks, kes soovivad võimalikult suurt kaadrit, oli vastus ikkagi Intel. Seetõttu olid AMD selle põlvkonna sihid selged:
- Parandage tuumadevaheline latentsus
- Suurendage põhikella kiirust
- Suurenda juhiseid kella kohta (IPC)
- Suurendage efektiivsust (suurem jõudlus vati kohta)
- Suurendage ühe keermega jõudlust
Arvestades, et Zen 2 oli juba mitme tuumaga rakendustes väga kindel esitaja, oli AMD-l lihtne keskenduda selle põlvkonna protsessorite peaaegu eranditult ühe keermega jõudlusele.
Zen 3 täiustused
AMD rääkis oma uutest protsessoritest ja Zen 3 arhitektuurist 8. oktoobri otseülekandes “Kust mäng algab”th. AMD väidab, et Zen 3 on suurim põlvkondlik hüpe Zen-arhitektuuri ajaloos. Uued Ryzen 5000 protsessorid põhinevad endiselt TSMC 7nm protsessil, kuid nende kapoti all leidub hulgaliselt arhitektuurseid täiustusi.
8-tuumaline kompleksne disain
Väidetavalt oli uue arhitektuuri suurim edasiminek täiesti uus kujundus. AMD on kaotanud Zen 2 mitmekordse CCX-i kujunduse ja on selle asemel läinud ühe 8-tuumalise kompleksse disainiga, kus kõigil 8 südamikul on juurdepääs kogu 32 MB L3 vahemälule. Sellel ümberkujundamisel on tohutu mõju latentsustundlikes rakendustes, näiteks mängudes.
Ümberkujundatud 8-tuumalise kompleksiga on kogu 32 MB L3 vahemälu nüüd kõigile tuumadele saadaval - Pilt: AMD
Kui iga südamik on otsekontaktis vahemälu ja teiste südamikega, parandab see latentsust märkimisväärselt, kuna andmetel puudub kogu matriitsi rist, et ühelt küljelt teisele jõuda. See ümberkujundamine parandab ka kiibi tõhusat mäluviivitust, mille tulemuseks on üheahelaliste ülesannete suurem jõudlus.
IPC täiustamine
Tuumikompleksi täiustatud paigutus pole ainus Zen 3 pakutav täiustus. AMD väidab 19% IPC täiustamist Zen 2-ga võrreldes, mis on tohutu näitaja. IPC või juhised kella kohta näitavad, kui palju tööd protsessor ühe tsükli kohta teha saab. 19-protsendine paranemine on suurim hüpe, mida oleme näinud IPC-s alates Ryzeni esmakordsest käivitamisest 2017. aastal. Eelmine põlvkond Zen 2 protsessoreid tõi Zen + arhitektuuri võrreldes ka üsna tohutu 15% IPC-i.
See IPC täiustamine tähendab, et AMD suudab konkureerida Inteli taevani ulatuvate tuumkelladega, püsides võimenduskellade osas isegi alla 5 GHz. AMD on välja toonud ka selle IPC tohutu suurenemise panustajad. Reklaamimaterjali kohaselt on peamised panustavad tegurid:
19% IPC paranemine on AMD seni suurim põlvkondlik hüpe - Pilt: AMD
- Vahemälu eelhankimine
- Täitemootor
- Filiaali ennustaja
- Micro-op vahemälu
- Esiots
- Laadige / hoidke
Parem tõhusus
TSMC 7nm protsessi uskumatu tiheduse tõttu suutis AMD tungida Ryzeni kiipidesse veelgi rohkem energiat, säilitades samas keskmise keskmise voolutarve. AMD väidab, et Ryzen 5000 seeria kiibid on ehitatud samale 7 nm protsessile kui 3000 seeria, kuid protsess on täiustatud ja sellest tulenevad kiibid on seega tõhusamad.
Muljetavaldava 2,4-kordse jõudluse vattparanduse abil on AMD pidanud võimsuse kontrolli all - Pilt: AMD
AMD on ka julgelt väitnud, et Ryzen 9 5900X ja 5950X tarbivad sama palju energiat kui viimase põlvkonna 3900X ja 3950X, hoolimata sellest, et neil on kõrgemad lisakellad ja täiustatud IPC. AMD reklaamimaterjalis tsiteeriti originaalse Zen-arhitektuuriga võrreldes '2.4X jõudlust vati kohta'. See arv vastab AMD väidetele võimsuse vähenemise kohta 5900X ja 5950X, kuna neil on nüüd kõrgemad kellad, kuid neil on endiselt samad TDP-numbrid kui nende eelkäijatel.
Rafineeritud räni, kõrgemad kellad
Ryzen 3000 seeria eluea lõpus andis AMD välja värskenduse, mis lisas seeriasse 3 protsessorit, millel on kaubamärk XT. Ryzen 5 3600XT, Ryzen 7 3800XT ja Ryzen 9 3900XT olid täpselt samad protsessorid kui baasmudelid, kuid suurema taktsagedusega. Toote eluea jooksul saab tootmisprotsess küpseks ja ränikvaliteet paremaks. See tähendab, et räni toodab protsessoreid, mis suudavad kõrgemale tõsta ja kellasid kauem hoida. Täpselt nii sai protsessorite XT rida võimalikuks.
Zen 3 protsessoritega kasutas AMD sama seitsme nm sõlme 5000-seeria protsessorite ehitamiseks sama küpset tootmisprotsessi ja kõrgema kvaliteediga räni. See võimaldas AMD-l tõukekella lükata palju kõrgemale kui isegi viimase põlvkonna XT-seeria. Kõrgema võimendusega kellad koos kõrgema IPC ja põhiplaani ümberkujundamisega tähendasid, et AMD oli valmis ühekeermelise jõudluse väljakutsega toime tulema. Ryzen 5000 seeria 4 protsessorite reklaamitud taktsagedused on järgmised:
3 Ryzen 5000 seeria protsessori reklaamitud tehnilised andmed - Pilt: AMD
- AMD Ryzen 5 5600X: 3,7 GHz baas, 4,6 GHz kiirendus
- AMD Ryzen 7 5800X: 3,8 GHz baas, 4,7 GHz kiirendus
- AMD Ryzen 9 5900X: 3,7 GHz alus, 4,8 GHz kiirendus
- AMD Ryzen 9 5950X: 3,4 GHz baas, 4,9 GHz kiirendus
Chipleti disaini eelised
Oli palju tegureid, mis võimaldasid AMD-l teha nii olulist põlvkondadevahelist hüpet. Üks suuremaid on kiibide enda disain, nimelt sureb protsessori paigutus “Chiplet Style”. See disain pakub põlvkondade täiustamisel palju peamisi eeliseid:
- Skaalautuvus: Tulenevalt asjaolust, et südamikud on paigutatud aluspinnal asuvate šabloonide sisse, on AMD-l võimalik tuumata sarnasesse pakendisse rohkem südamikke ilma ülekuumenemise ohuta. Inteli konkureeriv disain paigutab kõik südamikud üksteisele väga lähedale, mis võib korralikult seadistamata põhjustada termilisi probleeme. Teisest küljest on AMD olnud selle kiibidisaini abil edukaks 6-tuumaliste, 8-tuumaliste, 12-tuumaliste ja isegi 16-tuumaliste protsessorite valmistamiseks peavoolu töölauaplatvormil. See tähendab, et AMD on tänu sellele disainile loonud põhiarvude domineerimise.
- Arendamise lihtsus: Selle disaini teine suur eelis on ilmselt selle arendamise lihtsus. Zen 3 arhitektuuri arendamise käigus kasutas AMD täpselt sama baaskujundust kui Zen 2 ja seejärel muutis seda. See tähendas, et disain oli juba teatud määral täiuslik ja AMD-l oli lihtne neid olulistes valdkondades täiustada.
- Samaaegne 5 nm areng: Samuti tõi AMD välja, et ka nende 5nm arhitektuuril põhinevad Ryzeni protsessorite tulevikuplaanid olid õiged. Seda seetõttu, et kiibistiku kujundusarhitektuur võimaldab AMD-l samaaegselt käitada mitut arendusvoogu. AMD oli kindel, et nende 5nm protsess saabub täpselt nii nagu plaanitud, täpselt nagu 7nm protsessil põhinevad Zen 3 ja Zen 2 arhitektuurid.
AMD väidab, et ka 5nm protsess on disainil - Pilt: AMD
oodatud tulemused
Zen 3 baasil töötavad Ryzen 5000 seeria protsessorid lubavad olla valdkonna liidrid mitte ainult mitmekihiliste töökoormuste, vaid ka mängude osas. Esimest korda pärast 2006. aastat on AMD ametlikult troonilt trooninud absoluutselt parima mängutulemuse saavutamise (vastavalt AMD väidetele). Samuti on AMD väitnud, et Ryzen 9 5950X-ga on ükskõik millise töölaua kiibi kõrgeim ühe keermega jõudlus, millele järgneb tihedalt Ryzen 9 5900X. Vaatame Zen 3 arhitektuuriparanduste oodatavaid tulemusi.
Juhtimine mängudes
IPC tohutu 19-protsendilise paranemise, suurenenud põhikellade ja ümberkujundatud põhikomplekssüsteemiga on AMD teinud selle põlvkonna jaoks hiiglasliku hüppe mängujõudluses. Kui Zen 2 oli Inteli pakkumistega suhteliselt konkurentsivõimeline, kavatseb Zen 3 Inteli kõigis mängukoormustes otse ületada. AMD väidab, et Ryzen 9 5900X on mängudes keskmiselt umbes 26% kiirem kui Ryzen 9 3900X. See on tohutu hüpe, mis tuleb teha vaid ühe põlvkonna jooksul.
Veelgi enam, AMD on ka väitnud, et Ryzen 9 5900X on mängudes kiirem kui Core i9-10900K. See on üsna tohutu uudis AMD-fännidele ja üldistele arvutihuvilistele. See tähendab nüüd, et AMD tippprotsessorid edestavad Inteli tippprotsessoreid nii mängude kui ka mitme tuumaga rakendustes. Inteli juhtumist ei aita, kui nad on endiselt kinni arhailises 14 nm arhitektuuris ja nende järgmise põlvkonna Rocket-Lake protsessorid on kuuldavasti ka 14nm peal. Vahepeal laseb AMD kõiki silindreid oma 7nm pakkumistega Zen 2-s ja Zen 3-s, töötades samal ajal ka 5nm plaanidega, mis on ilmselt ka rajal. See võib tõsiselt mõjutada Inteli lauaarvutites töötavate protsessorite turuosa.
AMD Ryzen 5000 seeria protsessorid on mängudes kiiremad kui Inteli pakkumised - Pilt: AMD
Parem ühe keermega jõudlus
AMD-l on juba mõnda aega olnud parem mitmetuumaline jõudlus, kuid see ei tähenda tingimata paremat mängujõudlust, kuna kaasaegsed mängud ei kasuta kõiki südamikke tõhusalt. Paljudel mängudel on domineeriv niit, mida nimetatakse sageli „maailmaniidiks“ ja mida kasutatakse kõige rohkem. Maailm on eriti tundlik latentsuse ja ühetuumalise jõudluse suhtes. Tänu AMD arhitektuursele ümberkujundamisele on latentsust oluliselt vähendatud, parandades selle domineeriva lõime jõudlust massiliselt. See on võimaldanud AMD-l mängustsenaariumites juhtpositsiooni võtta.
See tähendab ka seda, et AMD üheahelaline jõudlus on nüüd Inteli omast tunduvalt parem. Tegelikult näitas AMD Ryzen 9 5950X jaoks muljetavaldavat ühe tuumaga Cinebenchi skoori 640, millele järgnes tihedalt Ryzen 9 5900X skoor 631. Need täiustused on võimalikud ka Zen 3 arhitektuuri arhitektuurse põhikompleksi ümberkujundamise, vähendatud latentsuse ja suurema võimendusega kellade tõttu. Lisateavet Ryzen 5000 seeria protsessorite ühe keermega jõudluse kohta leiate siit see artikkel.
AMD Ryzen 9 5900X-l on Cinebenchis rekordiline ühe tuumaga skoor 631 - Pilt: AMD
Veelgi kõrgem mitmekeermeline jõudlus
Jätkates oma domineerimist mitmekeermelise jõudluse segmendi üle, näitas AMD oma Zen 3-põhiste Ryzen 5000-seeria protsessorite jaoks taas muljetavaldavaid numbreid. Eelkõige on 12-tuumalistel Ryzen 9 5900X ja Ryzen 9 5950X võrratu jõudlus suure südamega töökoormusel. AMD tegi kapoti all ka mõned näpistused, mis võimaldasid 5950X-l esimest korda olla ka CAD-töö jaoks kiireim töölaua protsessor. AMD pidas seda parimaks mänguprotsessoriks ja parimaks sisuloome protsessoriks ning selle väitega on raske vaielda. AMD nõudis muljetavaldavat 12% suuremat jõudlust töökoormuste renderdamisel üle 3950X. See muudab selle protsessori absoluutseks metsaliseks neile, kes püüavad parimat, mida lauaarvuti pakub.
Äratuskellad Inteli jaoks?
Pole kahtlust, et AMD on oma Ryzeni protsessorite valikut parandanud peaaegu pimestava kiirusega. Nad on pakkunud põlvest põlve tohutult jõudlust ja Zen 3 tõotab olla nende suurim hüpe. Kui Ryzen 3000 seeria protsessorid pakkusid tuumade arvu ja hinnakujunduse osas suurepärast väärtust, jäid nad ikkagi Inteli alla ühes peamises töökoormuses: mängudes. AMD oli saavutanud tugeva edumaa peaaegu kõigis teistes töölaua turu aspektides, olgu see siis renderdamine, kodeerimine, videotootmine või voogesitus, kuid nad pidid mängudes Intelist üle saama, et olla klassis vaieldamatult parim protsessor.
Tänu Ryzeni protsessorite hämmastavale arhitektuursele kujundusele, TSMC 7nm protsessile ning AMD arendustiimi suurepärasele planeerimisele ja teostusele on nad selle lõpuks ka Zen 3-ga teinud. See käivitus peab Inteli peakorteris häirekelladele helistama. Intel on tohutu ettevõte ja pole mingit võimalust, et nad sellele ei reageeriks, kuid arenduse kiiruse osas on nad kindlasti AMD-st maha jäänud. Peamine takistus, mille Intelil tuleb lahendada, on tema vananenud 14 nm protsess, mida ta on kasutanud alates Skylake'ist.
Inteli arhitektuuriline tegevuskava - pilt: Wccftech
Intelil on olnud 10nm protsessiga hästi dokumenteeritud probleeme ja seetõttu pole neil veel võimalik selle arhitektuuri põhjal lauaarvutikiipe välja tuua. Kuid tõusulaine võib varsti muutuda, kui Intel on edukalt välja andnud oma hiljutised sülearvuti protsessorid koodnimega “Tiger Lake”, mis põhinevad 10 nm arhitektuuril. Need sülearvuti kiibid pakuvad viimase põlvkonna jooksul nii jõudluse kui ka efektiivsuse märkimisväärseid täiustusi ja on usutav, et Intel võib töötada selle protsessi lauaarvutites töötavate protsessorite vahel. Kui Intelil õnnestub oma 10nm protsess funktsionaalseks saada, on lähiaastad protsessori jõudlushuvilistele väga huvitavad.
