8. oktobrīth,2020. gada AMD paziņoja, ka tas ir pavisam jauns Ryzen 5000 sērijas galddatoru procesors, kura pamatā ir Zen 3 arhitektūra. Šis paziņojums bija viens no gaidītākajiem datortehnikas paziņojumiem gadā. Kopš sākotnējās Zen arhitektūras ieviešanas 2017. gadā AMD ikgadējo arhitektūras uzlabojumu ziņā ir gājusi pa strauju augšupejošu trajektoriju. Šis gads nebija atšķirīgs, un AMD apgalvoja, ka piedāvā lielāko paaudzes lēcienu Ryzen procesoru vēsturē. Ar ko šī jaunā arhitektūra ir tik īpaša? Padziļināti ienirsim Zen 3 arhitektūras uzlabojumos.
AMD savu Zen 3 arhitektūru atklāja 2020. gada 8. oktobrī. Attēls: Wccftech
Zen arhitektūras pamati
AMD Ryzen procesori izmanto unikālu dizainu, kas ļoti atšķiras no tā, ko viņu galvenais konkurents Intel izmanto darbvirsmas procesoros. Ryzen procesori faktiski balstās uz vairākiem maziem čipetiem, nevis lielu vienskaitļa mikroshēmu. Šie dažādie raksti savstarpēji sazinās, izmantojot savienojumu, kas pazīstams kā “Bezgalības audums”. AMD Infinity audumu raksturo kā hipertransportēšanas virsgrupu, kas ļauj ātri savienot AMD procesorus ar dažādām shēmām. Tas nozīmē, ka uz vienas pamatnes ir vairākas mazas mikroshēmas, kas savā starpā sazinās, izmantojot ātro saiti.
Šim dizainam ir savi plusi un mīnusi. Lielākā priekšrocība ir mērogojamība. Chiplet dizains nozīmē, ka AMD var vairāk serdes iesaiņot mazākā paketē, tādējādi ļaujot nodrošināt lielas kodolu skaitīšanas iespējas pat CPU tirgus budžeta segmentā. Galvenais šī dizaina trūkums ir latentums. Kodoli ir fiziski atdalīti viens no otra, kas rada nedaudz vairāk latentuma laika dēļ, kas vajadzīgs, lai dati pārvietotos pa bezgalības audumu. Tas nozīmē, ka ar latentumu jutīgu lietojumprogrammu, piemēram, spēļu, veiktspēja parasti ir zemāka nekā Intel vienas mikroshēmas dizains.
Zen 2 ieviešana
Ryzen 3000 sērijas procesori guva milzīgus panākumus galveno galddatoru tirgū. Šie procesori tika balstīti uz Zen 2 arhitektūru, kas veidota uz TSMC 7 nm procesa, kam bija ļoti interesanti uzlabojumi Zen arhitektūras dizainā. Zen 2 apvienoja CPU kodolus Core Kompleksos pa 4, vienlaikus sadalot 32MB L3 kešatmiņas baseinu divos mazākos baseinos pa 16MB kešatmiņā. Šie kodola kompleksi (CCX) bija Zen 2 procesoru pamats. Katram 4 kodolu kompleksam bija tūlītēja piekļuve 16 MB L3 kešatmiņai, kas bija svarīgi, lai uzlabotu latentumu. Tas nozīmēja, ka Zen 2 bija ļoti konkurētspējīgs Intel ar latentumu jutīgās lietojumprogrammās, piemēram, spēlēs, vienlaikus daudz pārsprieguma darba slodzēs pārspēja Intel.
Dažādās CCX vienības joprojām bija jāsavieno, izmantojot Infinity Fabric, tāpēc joprojām bija sagaidāms zināms latentums. Neskatoties uz to, Zen 2 piedāvāja 15% IPC (Instructions Per Clock) uzlabojumu salīdzinājumā ar Zen +, kā arī lepojās ar augstākiem pamata pulksteņiem. Šī paaudze bija svarīga AMD, jo tagad viņi ir atkāpušies no konkurences ar Intel, un to ātrās inovācijas un Intel pašapmierinātības dēļ viņiem ir milzīgs uzlabojumu potenciāls.
AMD Zen 2 bāzes Ryzen 3000 sērijas procesori izmantoja multi-CCX dizainu - attēls: Hexus
Mērķi Zen 3
AMD sāka attīstīt Zen 3, paturot prātā ļoti skaidru mērķi. Tā kā viņi jau dominē konkurences daudzšķiedru pusē, vienīgā joma, kurā viņi joprojām nedaudz atpaliek no Intel, ir spēles. Tikpat labs kā Zen 3, tas nevarēja nozagt Intel spēles vainagu zilās komandas dizaina dēļ, kas piedāvā ārkārtīgi lielu pulksteņa ātrumu un zemu latentumu. Tīriem spēlētājiem, kuri vēlas pēc iespējas lielāku kadru nomaiņas ātrumu, atbilde joprojām bija Intel. Tādēļ AMD mērķi šai paaudzei bija skaidri:
- Uzlabojiet latentumu starp kodolu
- Palieliniet pamata pulksteņa ātrumu
- Palielināt norādījumus par pulksteni (IPC)
- Palielināt efektivitāti (augstāka veiktspēja uz vatu)
- Palieliniet veiktspēju ar vienu vītni
Ņemot vērā, ka Zen 2 jau bija ļoti stabils izpildītājs daudzkodolu lietojumprogrammās, AMD bija viegli koncentrēties gandrīz tikai uz vienas pavediena veiktspēju šīs paaudzes CPU.
Zen 3 uzlabojumi
AMD 8. oktobra tiešraidē “Kur sākas spēles” runāja par jaunajiem procesoriem un Zen 3 arhitektūru.th. AMD apgalvo, ka Zen 3 ir lielākais paaudzes lēciens Zen arhitektūras vēsturē. Jaunie Ryzen 5000 procesori joprojām ir balstīti uz TSMC 7 nm procesu, taču zem pārsega var lepoties ar lielu skaitu arhitektūras uzlabojumu.
8 kodolu kompleksais dizains
Neapšaubāmi lielākais jaunās arhitektūras uzlabojums bija pilnīgi jauns izkārtojums. AMD ir atcēlis Zen 2 vairāku CCX dizainu un tā vietā ir izvēlējies vienu 8 kodolu kompleksu dizainu, kurā visiem 8 kodoliem ir piekļuve visai 32 MB L3 kešatmiņai. Šai pārveidošanai ir milzīgas sekas attiecībā uz latentumu jutīgām lietojumprogrammām, piemēram, spēlēm.
Ar pārveidotu 8 kodolu kompleksu visa 32 MB L3 kešatmiņa tagad ir pieejama katram kodolam - attēls: AMD
Katram kodolam, kas ir tiešā saskarē ar kešatmiņu un citiem kodoliem, tas ievērojami uzlabo latentumu, jo datiem nav visa štata krustojuma, lai nokļūtu no vienas puses uz otru. Šī pārveidošana arī uzlabo mikroshēmas efektīvo atmiņas latentumu, kā rezultātā palielinās veiktspēja viena pavediena uzdevumiem.
IPC uzlabošana
Uzlabotais galvenā kompleksa izkārtojums nav vienīgais uzlabojums, ko nodrošina Zen 3. AMD apgalvo par 19% IPC uzlabojumu salīdzinājumā ar Zen 2, kas ir milzīgs rādītājs. IPC vai instrukcijas par pulksteni norāda, cik lielu darbu CPU var paveikt vienā pulksteņa ciklā. 19% uzlabojums ir lielākais lēciens, ko esam redzējuši IPC kopš tā laika, kad Ryzen pirmo reizi tika palaists 2017. gadā. Iepriekšējā Zen 2 procesoru paaudze arī nodrošināja diezgan masīvu 15% IPC uzlabojumu salīdzinājumā ar Zen + arhitektūru.
Šis IPC uzlabojums nozīmē, ka AMD var sacensties ar Intel debess augstajiem pulksteņiem, pat palikt zem 5 GHz palielināšanas pulksteņu ziņā. AMD ir arī izklāstījis ieguldītājus šajā masveida IPC pieaugumā. Saskaņā ar reklāmas materiālu galvenie veicinošie faktori ir:
19% IPC uzlabojums ir AMD lielākais paaudzes lēciens līdz šim - attēls: AMD
- Kešatmiņas iepriekšēja ielāde
- Izpildes dzinējs
- Filiāles pareģotājs
- Micro-op kešatmiņa
- Priekšējā daļa
- Ielādēt / uzglabāt
Uzlabota efektivitāte
Neticamā TSMC 7 nm procesa blīvuma dēļ AMD spēja iespiest vēl vairāk enerģijas Ryzen mikroshēmās, saglabājot to pašu vidējo enerģijas patēriņu. AMD apgalvo, ka Ryzen 5000 sērijas mikroshēmas ir veidotas uz tā paša 7 nm procesa kā 3000 sērija, tomēr process ir uzlabots un tādējādi iegūtās mikroshēmas ir efektīvākas.
Ar iespaidīgu 2.4X veiktspējas uzlabojumu uz vatu AMD ir saglabājis enerģijas patēriņu - Attēls: AMD
AMD ir arī izteicis drosmīgu apgalvojumu, ka Ryzen 9 5900X un 5950X patērēs tādu pašu enerģijas daudzumu kā attiecīgi 3900X un 3950X pēdējās paaudzes, neskatoties uz augstākiem pulksteņiem un uzlaboto IPC. AMD reklāmas materiālos tika minēts uzlabojums “2.4X Performance per Watt” salīdzinājumā ar oriģinālo Zen arhitektūru. Šis skaitlis atbilst AMD apgalvojumiem par enerģijas patēriņu 5900X un 5950X, jo tiem tagad ir augstāki pulksteņi, bet tiem joprojām ir tādi paši TDP numuri kā viņu priekšgājējiem.
Rafinēts silīcijs, augstāki pulksteņi
Ryzen 3000 sērijas kalpošanas laika beigās AMD izlaida atsvaidzinājumu, kas sērijai pievienoja 3 centrālos procesorus ar zīmolu “XT”. Ryzen 5 3600XT, Ryzen 7 3800XT un Ryzen 9 3900XT bija tieši tādi paši procesori kā bāzes modeļi, bet ar lielāku pulksteņa ātrumu. Produkta kalpošanas laikā ražošanas process nobriest un silīcija kvalitāte kļūst labāka. Tas nozīmē, ka silīcijs ražo procesorus, kas var paaugstināt ātrumu un turēt pulksteņus ilgāk. Tieši tā kļuva iespējams procesoru XT sastāvs.
Ar Zen 3 centrālajiem procesoriem AMD izmantoja to pašu nobriedušu ražošanas procesu un augstākas kvalitātes silīciju, lai izveidotu 5000. sērijas procesorus tajā pašā 7 nm mezglā. Tas ļāva AMD palielināt pulksteņus daudz augstāk nekā pat pēdējās paaudzes XT sērija. Augstāki pulksteņi kopā ar augstāku IPC un kodola izkārtojuma pārveidošanu nozīmēja, ka AMD bija gatavs risināt ar vienu pavedienu saistītas problēmas. 4 Ryzen 5000 sērijas procesoru reklamētie pulksteņa ātrumi ir šādi:
Reklamētās 3 Ryzen 5000 sērijas procesoru specifikācijas - attēls: AMD
- AMD Ryzen 5 5600X: 3,7 GHz bāze, 4,6 GHz Boost
- AMD Ryzen 7 5800X: 3,8 GHz bāze, 4,7 GHz Boost
- AMD Ryzen 9 5900X: 3,7 GHz bāze, 4,8 GHz Boost
- AMD Ryzen 9 5950X: 3,4 GHz bāze, 4,9 GHz Boost
Čipletu dizaina priekšrocības
Bija daudzi faktori, kas ļāva AMD veikt tik būtisku lēcienu paaudžu starpā. Viens no lielākajiem ir pats mikroshēmu dizains, proti, nomirst CPU izkārtojums “Chiplet Style”. Šis dizains piedāvā daudzas galvenās priekšrocības, kad runa ir par paaudžu uzlabojumiem:
- Mērogojamība: Sakarā ar to, ka serdeņi ir izvietoti šķembu iekšpusē uz pamatnes, AMD ir iespējams sabāzt vairāk serdeņu līdzīgā iepakojumā bez pārkaršanas riska. Intel konkurējošais dizains novieto visus kodolus ļoti tuvu viens otram, kam var būt radikālas siltuma problēmas, ja tie nav pareizi konfigurēti. No otras puses, AMD ir veiksmīgi izmantojis šo mikroshēmu dizainu, lai izgatavotu 6 kodolu, 8 kodolu, 12 kodolu un pat 16 kodolu procesorus galvenajā darbvirsmas platformā. Tas nozīmē, ka šī dizaina dēļ AMD ir izveidojis galveno skaitu dominējošo stāvokli.
- Attīstības vienkāršība: Vēl viena liela šī dizaina priekšrocība acīmredzot ir tā vieglā attīstība. Zen 3 arhitektūras izstrādes procesā AMD izmantoja tieši tādu pašu bāzes dizainu kā Zen 2 un pēc tam to modificēja. Tas nozīmēja, ka dizains jau bija pilnveidots līdz zināmai pakāpei, un AMD bija viegli uzlabot galvenajās jomās, uz kurām viņi bija vērsti.
- Vienlaicīga 5 nm attīstība: AMD arī norādīja, ka viņu nākotnes plāni attiecībā uz Ryzen centrālajiem procesoriem, kas balstīti uz 5 nm arhitektūru, arī bija uz ceļa. Tas ir tāpēc, ka mikroshēmu dizaina arhitektūra ļauj AMD vienlaikus darbināt vairākas attīstības straumes. AMD bija pārliecināts, ka viņu 5 nm process nonāks tieši tāpat, kā plānots, tāpat kā Zen 3 un Zen 2 arhitektūras, kuru pamatā ir 7 nm process.
AMD apgalvo, ka tā 5 nm process ir arī dizainā - attēls: AMD
Paredzamie rezultāti
Zen 3 bāzētie Ryzen 5000 sērijas procesori solās būt nozares līderi ne tikai ar daudzšķiedru darba slodzi, bet arī spēļu jomā. Pirmo reizi kopš 2006. gada AMD ir oficiāli tronējis Intel cīņā par absolūti labāko spēļu sniegumu (saskaņā ar AMD apgalvojumiem). AMD ir arī apgalvojis, ka tai ir visaugstākā veiktspēja no jebkuras darbvirsmas mikroshēmas ar Ryzen 9 5950X, kam seko cieši Ryzen 9 5900X. Apskatīsim gaidītos Zen 3 radīto arhitektūras uzlabojumu rezultātus.
Līderība spēļu jomā
Ar milzīgu 19% IPC uzlabojumu, palielinātu galveno pulksteņu daudzumu un pārveidotu galveno komplekso sistēmu, AMD ir veicis milzīgu lēcienu šīs paaudzes spēļu veiktspējā. Kaut arī Zen 2 bija samērā konkurētspējīgs ar Intel piedāvājumiem, Zen 3 plāno pilnībā pārspēt Intel visās spēļu slodzēs. AMD apgalvo, ka Ryzen 9 5900X vidēji ir par aptuveni 26% ātrāks nekā Ryzen 9 3900X spēlēs. Tas ir milzīgs lēciens, kas jāveic tikai vienā paaudzē.
Turklāt AMD ir arī apgalvojis, ka Ryzen 9 5900X ir ātrāks nekā Core i9-10900K spēļu jomā. Tas ir diezgan milzīgs jaunums AMD faniem un vispārējiem datoru entuziastiem. Tas tagad nozīmē, ka labākie AMD procesori pārspēj labākos Intel procesorus gan spēļu, gan daudzkodolu lietojumprogrammās. Intel gadījumā nepalīdz, ja viņi joprojām ir iestrēguši arhaiskajā 14 nm arhitektūrā un viņu nākamās paaudzes Rocket-Lake procesori tiek baumots arī par 14 nm. Tikmēr AMD šauj uz visiem cilindriem ar 7 nm piedāvājumu Zen 2 un Zen 3, vienlaikus strādājot pie 5 nm plāniem, kas acīmredzot ir arī uz ceļa. Tas var nopietni ietekmēt Intel darbvirsmas procesoru tirgus daļu.
AMD Ryzen 5000 sērijas procesori spēlē ātrāk nekā Intel piedāvājumi - Image: AMD
Uzlabota viena pavediena veiktspēja
AMD jau labu laiku ir bijusi labāka daudzkodolu veiktspēja, taču tas ne vienmēr nozīmē labāku spēļu veiktspēju, jo mūsdienu spēles neefektīvi izmanto visus kodolus. Daudzām spēlēm ir dominējošais pavediens, ko bieži dēvē par “pasaules pavedienu”, un tas tiek visvairāk izmantots. Pasaules pavediens ir ļoti jutīgs pret latentumu un viena kodola veiktspēju. Pateicoties AMD arhitektūras pārveidošanai, latentums ir ievērojami samazināts, tādējādi ievērojami uzlabojot šī dominējošā pavediena veiktspēju. Tas ļāva AMD uzņemties vadību spēļu scenārijos.
Tas arī nozīmē, ka AMD viena pavediena veiktspēja tagad ir ievērojami pārāka par Intel. Patiesībā AMD parādīja iespaidīgu viena kodola Cinebench rezultātu 640 Ryzen 9 5950X, kam cieši sekoja Ryzen 9 5900X rezultāts 631. Šie uzlabojumi ir iespējami arī arhitektūras kodola kompleksa pārprojektēšanas, samazināta latentuma un augstākas Zen 3 arhitektūras pulksteņu dēļ. Lasiet vairāk par Ryzen 5000 sērijas procesoru darbību ar vienu pavedienu Šis raksts.
AMD Ryzen 9 5900X Cinebench pieder rekordliels viena kodola rādītājs - 631 - Attēls: AMD
Vēl augstāka veiktspēja ar daudzu vītņu palīdzību
Turpinot dominēt pār vairāku pavedienu veiktspējas segmentu, AMD atkal parādīja iespaidīgus skaitļus saviem Zen 3 bāzes Ryzen 5000 sērijas procesoriem. Jo īpaši 12 kodolu Ryzen 9 5900X un Ryzen 9 5950X veiktspēja ir nepārspējama, jo tajā ir liela slodze. AMD arī veica dažus uzlabojumus zem pārsega, kas ļāva 5950X pirmo reizi kļūt par ātrāko darbvirsmas procesoru arī CAD darbiem. AMD uzskatīja to par labāko spēļu procesoru UN labāko satura radīšanas procesoru, un ar šo apgalvojumu ir grūti argumentēt. AMD apgalvoja par iespaidīgu par 12% lielāku veiktspēju, atveidojot darba slodzi virs 3950X. Tas padara šo procesoru par absolūtu zvēru tiem, kuri cenšas panākt labāko, ko piedāvā darbvirsmas skaitļošana.
Trauksmes zvani Intel?
Nav šaubu, ka AMD ir uzlabojis savu Ryzen procesoru klāstu gandrīz akli. Viņi ir piedāvājuši milzīgus veiktspējas uzlabojumus no paaudzes paaudzē, un Zen 3 solās būt viņu lielākais lēciens. Lai gan Ryzen 3000 sērijas procesori piedāvāja izcilu vērtību attiecībā uz kodolu skaitu un cenu noteikšanu, tie joprojām atpalika no Intel vienā galvenajā darba apjomā: spēlē. AMD bija izveidojis spēcīgu līderi gandrīz visos citos galddatoru tirgus aspektos, neatkarīgi no tā, vai tie bija renderēšana, kodēšana, video ražošana vai straumēšana, taču viņiem bija jāpārspēj Intel spēļu jomā, lai viņi patiešām būtu neapstrīdams klases labākais procesors.
Pateicoties Ryzen procesoru pārsteidzošajam arhitektūras dizainam, TSMC 7 nm procesam, kā arī izcilajai AMD izstrādes komandas plānošanai un izpildei, viņi to beidzot ir paveikuši ar Zen 3. Šai palaišanai ir jāskan trauksmes zvani Intel galvenajā mītnē. Intel ir milzīgs uzņēmums, un nekādā gadījumā viņi uz to nereaģētu, taču, runājot par attīstības ātrumu, viņi noteikti ir atpalikuši no AMD. Galvenais šķērslis, kas Intel ir jānovērš, ir tā novecojušais 14 nm process, ko tas ir izmantojis kopš Skylake.
Intel arhitektūras ceļvedis - attēls: Wccftech
Intel ir bijis labi dokumentētas problēmas ar 10 nm procesu, un tāpēc viņi vēl nespēj izvērst darbvirsmas mikroshēmas, pamatojoties uz šo arhitektūru. Tomēr plūdmaiņas var mainīties, tiklīdz Intel ir veiksmīgi izlaidis savus nesenos klēpjdatoru procesorus, kuru kods ir “Tiger Lake”, un kuru pamatā ir 10 nm arhitektūra. Šīs klēpjdatoru mikroshēmas piedāvā lielus uzlabojumus gan veiktspējā, gan efektivitātē pēdējās paaudzes laikā, un ir ticams, ka Intel, iespējams, strādā, lai šo procesu pārnestu uz darbvirsmas procesoriem. Ja Intel izdosies panākt, lai viņu 10 nm process būtu funkcionāls, nākamie gadi būs ļoti interesanti CPU veiktspējas entuziastiem.
