Архитектура zen 3 какие процессоры
Обновлено: 07.07.2024
Летом прошлого года на рынок вышли настольные процессоры AMD Ryzen 3000, которые оказались крайне успешными. Переход на семинанометровый техпроцесс, новая архитектура и большое количество ядер поставили эти CPU вне конкуренции во многих режимах.
И хотя Intel до сих пор не смогла напрямую ответить на выпуск Ryzen 3000, уже примерно через полгода нас ждёт новое поколение. Настольные процессоры Ryzen 4000 (не путать с одноимённой мобильной линейкой) останутся на семинанометровом техпроцессе и сохранят сокет AM4, но при этом будут основаны на новой архитектуре Zen 3. И сейчас у нас есть подробности об особенностях архитектуры и самих грядущих CPU.
Во-первых, источник начал с того, что упомянул слухи относительно поддержки серверными процессорами Epyc третьего поколения (Milan) технологии SMT4 — формата многопоточности, когда одно ядро выполняет четыре потока вычислений, а не два, как сейчас. Однако пока AMD решила отказаться от данной идеи. Также источник отмечает, что новые серверные процессоры сохранят максимум 64 ядра, но будут работать на более высоких частотах при меньшем энергопотреблении.
Во-вторых, источник рассказал о самой архитектуре Zen 3. Ссылаясь на собственных информаторов, он говорит о приросте показателя IPC (производительность на такт) на 10-15% относительно Zen 2. То есть прирост производительности будет примерно таким же, каким он был при переходе с Zen+ на Zen 2 или чуть меньше. Ещё одна особенность — увеличение с 16 до 32 МБ объёма кэш-памяти третьего уровня на один модуль CCX, при этом на один кристалл теперь будет приходиться один восьмиядерный модуль вместо двух четырёхъдерных. Уточним, все эти особенности касаются архитектуры Zen 3, воплощённой в виде серверных процессоров Epyc третьего поколения, но тот же показатель увеличения IPC будет характерен для любых CPU на Zen 3.
Дополнительно источник немного упомянул архитектуру Zen 4, которая дебютирует в процессорах AMD, как ожидается, во второй половине 2021 года. Такие CPU действительно перейдут на новый сокет, как мы говорили ранее, получат ещё больше ядер, поддержку AVX 512, по 1 МБ кэш-памяти L2 на ядро и будут производиться по техпроцессу 5 нм. Напомним, также этому поколению приписывают переход на память DDR5.
Сегодня поговорим про Zen3, к сожалению каких-то тонких подробностей об изменениях микроархитеткуры AMD ещё не поведали, так что остается довольствоваться только тем, что было на презентации.
Но для того чтобы рассказать про отличия надо вначале рассказать как это вообще все работает.
Как работает конвейер в современных AMD процессорах
Напомню, что на сайте есть отдельный материал про Zen2 и отличие его от Zen+ где подробнее рассказана работа процессора.
Очень коротко напомню суть.
Схема процессорного конвейера Zen2
Суть в том, что в AMD в ядрах есть две зоны для исполнения микроопераций.
Одна для целочисленных операций,
вторая для операций с плавающей точкой.
Далее из этих двух источников микрооперации формируются в единую очередь
Кроме того особняком от основного конвейера существует ещё одна область, которая имеет доступ к результатам вычислений, кешу микроопераций и кешу инструкций и она выполняет задачи предсказания переходов и ветвлений без непосредственного определения какие в реальности нужны переходы и ветвления с последующей проверкой правильности предсказаний.
И ещё раз напомню, что это схема Zen+ и Zen2 в которой красным выделено то что появилось только в Zen2, а AMD представили сейчас Zen3.
Ну и теперь переходим к тому что AMD рассказали про Zen3.
Откуда прирост в Zen3?
Первое что стоит отметить, что AMD заявили о приросте в 19% выполняемых инструкций за такт.
В эти 19 включены совокупно все изменения в микроархитеткуре, и к сожалению не указано что именно менялось.
Это вот эти жёлтые штуки, в которых встречаются микрооперации и данные для них и происходит исполнение микроопераций.
Очевидно, что увеличив их количество на две штуки мы и получим те самые 19%. Но так как 19% взяты не только исполнениями, а совокупно, то очевидно, что два исполнительных блока добавлено точно не было. Более того, не было заявлено об увеличении теоретической производительности для вычислений с плавающей точкой или целочисленных. Допустим в Zen2 AMD для вычислений с плавающей точкой заявили двукратный прирост производительности для вычислений с плавающей точкой.
2x производительности с плавающей точкой в Zen2
Но заявлено увеличение производительности в чтении и записи. Так что на основе сказанного наиболее вероятно, что вслед за одним новым AGU в прошлом обновлении AMD добавили ещё один, либо заявленные улучшения связаны с изменением логистических особенностей процессора, так как формально части связанные с работой с данными относятся к целочисленной ветви конвейера процессора.
Кроме того в AMD рассказали о некой гибкости в выполнении целочисленных и операций с плавающей точкой. Не думаю, что AMD отказались от деления конвейера на два пути, это тот путь, который AMD выбрали слишком давно чтобы от него было просто избавиться, да и в общем-то никто не говорит, что он не правильный.
В AMD также устно было заявлено о расширении поддерживаемых инструкций. Эта фраза несколько спорно звучит, так как вроде непосредственно никаких новых инструкций процессоры поддерживать не будут. Вероятнее всего, но это не точно, часть показанных тут на схеме ALU имеют те или иные ограничения по поддержке выполнения тех или иных микроопераций и возможно эти ограничения поменялись, благодаря чему процессор становиться более гибким в формировании очередей выполнения и более эффективным в реальных задачах.
Кроме того заявлены некие изменения в части предсказаний. Для современных процессоров это одна из самых сложных и важных областей и она довольно сильно влияет на реальную производительность.
Дело в том, что вы видя схему понимаете, что от поступления задачи до её выполнения процессору надо сделать много разных действий.
Но так как процессор перемещает операции на всех ступенях, то это выглядит, как люди на эскалаторе, они заходят, какое-то время едут, и потом сходят с него.
Естественно чтобы собирать эти пустоты и нивилировать их влияние существуют очереди, которые избыточны для имеющегося набора исполнительных устройств.
Очереди позволяют убирать пустоты, как буд-то эскалатор поделили на две части между которыми сделали площадку где люди заново могут уже более плотно занять вторую часть конвейера.
Именно в этот момент очень важна длинна этого эскалатора. Для длинного эскалатора обнуление намного дольше будет приносить негативный эффект в производительности. Есть примеры когда очень длинный конвейер сыграл злую шутку для процессоров.
Но мы возвращаемся к Zen3. AMD внесли некие изменения в часть отвечающую за предсказания, которая должна предотвращать появление пузырей в конвейере. И назвали этот комплекс изменений “Zero Bubble”.
Тем не менее было показано из чего состоят имеющиеся 19% прироста на такт.
Но давайте отодвинемся от конвейера и рассмотрим процессоры целиком.
Как и с Zen2 они будут состоять из чиплетов.
Рдин из чиплетов заменяет северный и половину южного моста, то есть половину той штуки, которую мы на материнских платах сейчас называем чипсетом.
Судя по всему этот чиплет не особо поменялся, про него не было сказано ни единого слова.
Ещё со времён первых процессоров на архитектуре Zen процессоры состояли из пары 4-х ядерных модулей, соединенных шиной Infinity Fabric.
Начиная с Zen 2 старшие процессоры на AM4 стали содержать два набора пар 4-х ядерных модулей. То есть уже в сумме 4-ре 4-х ядерные модуля.
Но с разделением на блоки там и так все ждали и простаивали, так ещё потом начинаются ещё и синхронизации кешей через несколько уровней инфинити фабрик.
Всё это только увеличивает задержки и простои до того как процессор вновь сможет начать следующие вычисления.
Естественно межчиплетный кеш у процессоров так и будет разделённым, но внутри чиптела у Zen3 теперь весь кеш L3, а это целых 32 МБ, общий на все 8 ядер.
Остаётся, конечно, вопрос, зачем вообще AMD в самый первый Zen ввели это деление. Скорее всего где-то между всякой строительной техникой типа бульдозеров и экскаваторов и Zen у AMD были какие-то промежуточные разработки, хвосты которых добрались до микроархитеткуры Zen, возможно с мыслями об упрощении масштабирования, но только сейчас эти рудименты AMD отрубили. Скучать по ним мы, конечно же, не будем.
Как изменения сказались на практике?
Ну и теперь перейдём к тому что AMD показали на практике.
Что касается производительность на такт, то AMD показали результаты одного потока в сенбенч R20.
12 ядерный R9 5900X на один поток показывал 631 балл, сравнили AMD свой продукт с i9 10900k и ему дали 544 балла, а словами называли цифру о том, что у него около 530.
В этом сравнении, естественно не хватает данных о Zen2.
В качестве данных предлагаю взять результаты с сайта Hardwareluxx.
Данные с Hardwareluxx
Используя эти данные и данные от AMD из презентации получается вот такая диаграмма. Прирост очень уверенный, и очень сильно превышающий показатели текущей intel платформы.
Для 12 ядерного Zen2 141 FPS, для 12 ядерного Zen3 181 FPS.
Для этого сравнения воспользуемся уже данными с 3D News где 12 ядерный Zen2 набрал 140 FPS, что довольно близко к заявленным 141 FPS.
Данные с 3D News
i9 10900k у редакции 3D News показал результат 166 FPS.
По чём будет продаваться?
AMD будет продавать свои процессоры с равным количеством ядер дороже, чем intel. Было бы глупо пытаться продавать продукт с худшими характеристиками дороже конкурента. intel так пару последних лет делали, и получалось у них это не так чтобы очень хорошо, и то во многом только из-за игр.
Цены нп процессоры Intel и AMD
Что касается выхода процессоров, которые AMD отнести к пятому поколению, то появляться они начнут в ноябре.
В начале следующего года будут доступны обновления биоса и для плат с чипсетами 400 серии. Но введение поддержки будет на усмотрение производителей матринских плат, то есть не факт, что все платы с чипсетами 400-ой серии получат поддержку новых процессоров.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Как вы помните, после выхода настольных процессоров с архитектурой Zen 2 у AMD ушел целый год на выпуск их мобильных собратьев Renoir. Они очень хорошо показали себя на фоне чипов Intel Comet Lake U- и H-серии, превосходя тех по многоядерной производительности, но в то же время несколько отставали по одноядерной. Кроме того, в прошлом году даже самые продвинутые и дорогие ноутбуки на AMD Renoir были ограничены видеокартой Nvidia GeForce RTX 2060 - более мощные ускорители производители так и не завезли.
Однако, в новом 2021 году все совершенно иначе.
Мобильные процессоры Ryzen 5000 с архитектурой Zen 3 производятся по 7-нм процессу: площадь кристалла у новых чипов составляет 180 мм 2 , а количество транзисторов - 10.7 миллиардов. Ранее AMD не сообщала конкретики, но теперь наконец раскрыла все подробности об архитектуре и улучшениях, которые она несет - мы решили собрать все самое важное и интересное в этой статье.
Модельный ряд Ryzen 5000
Предыдущие мобильные процессоры AMD Ryzen 4000 Renoir были разделены на несколько серий: U, H, и HS. Чипы U-серии были предназначены для использования в тонких и легких ноутбуках, а H-серия была нацелена на модели для геймеров и разработчиков цифрового контента. Чипы серии HS имели TDP на уровне 35 Вт и предназначались для создания ноутбуков с наилучшим балансом производительности и мобильности.
С выходом новых процессоров Ryzen 5000 Cezanne, AMD ввела дополнительную серию HX с TDP превышающим 45 Вт и поддержкой разгона - предназначаются эти чипы для высокопроизводительных ноутбуков, что так ценятся компьютерными энтузиастами и оверклокерами.
Среди чипов U-серии остались модели на предыдущей архитектуре Zen 2, но теперь они имеют поддержку SMT, способны работать на более высокой частоте и поддерживают управление питанием CPPC ( Collaborative Processor Performance Control), что ранее было доступно только для настольных моделей.
По данным AMD, новый Ryzen 3 5300U превосходит по многоядерной производительности Core i7-1165G7, а все чипы H-серии превосходят настольный Ryzen Threadripper 1900X в Cinebench R20.
Улучшения в архитектуре Zen 3
Одной из причин столь скорого выхода новых мобильных процессоров AMD после настольных стала топология - у Zen 3 Cezanne и Renoir она одинаковая . Большинство архитектурных изменений сводится к улучшению кэширования, снижению задержек, а также оптимизации энергопотребления чипа во всех режимах работы.
В Zen 3 модуль предсказателя переходов работает с большей пропускной способностью, за счет чего снижается задержка при обработке ветвлений.
Производителю также удалось снизить задержку при выполнении операций с плавающей запятой (а также целочисленных операций), а также улучшить параллелизм на уровне команд (ILP, количество одновременно выполняемых в программе команд).
Изменения в топологии ядер и кэш-памяти
Как и в настольных процессорах с архитектурой Zen 3, мобильные чипы получили удвоенный объем кэш-памяти L3 и один CCX-модуль вместо двух у предшественников. Объем кэш-памяти L3 теперь составляет 16 МБ и у всех 8 ядер процессора есть к ней прямой доступ. За счет такого изменения удалось снизить задержки при обращении к ядрам и кэш-памяти - по идее, за счет этого должна возрасти производительность в играх.
В AMD утверждают, что начали разработку мобильных процессоров Zen 3 еще во времена работы над Zen 2. В итоге, у Renoir и Cezanne одинаковая топология SoC (то есть, всей однокристальной системы), за счет чего производителям ноутбуков и других устройств будет легко адаптировать материнские платы под мобильные чипы Zen 3 (распиновка посадочного места под процессор не отличается). Судя по всему, именно благодаря этому решению AMD удалось выпустить мобильные Ryzen 5000 менее чем через год после выхода Ryzen 4000 Renoir.
То, что ранее заняло у производителя один год, ныне удалось сделать за три месяца. И все же, несмотря на неизменную топологию всего чипа, Zen 3 обеспечивает более высокие рабочие частоты и улучшенное управление питанием.
Снижение задержек при обращении к ядрам и кэш-памяти вкупе с более высокими рабочими частотами позволило повысить одноядерную производительность и, как следствие, производительность в играх. В тех играх, которые больше всего упираются в производительность одного ядра (иными словами, не оптимизированы под многопоточность) будет также прирост производительности за счет большего объема кэш-памяти L3.
В архитектуре Zen 3 также реализованы новые технологии безопасности GMET, UMIP и CET.
Если верить AMD, то все вышеуказанные улучшения привели к 23% улучшению одноядерной и 17% улучшению многоядерной производительности мобильных процессоров Zen 3 в сравнении с предшественниками Zen 2.
Поддержка памяти LPDDR4X
Мобильные процессоры Cezanne получили поддержку оперативной памяти LPDDR4X, которая при повышенной энергоэффективности имеет на 33% более высокую пропускную способность в сравнении с DDR4. Новый контроллер памяти теперь способен переходить в состояние глубокого сна, а также имеет поддержку как новой LPDDR4X, так и существующей DDR4.
Система питания памяти теперь включает регулятор напряжения с малым падением напряжения (LDO), который обеспечивает меньший нагрев в работе и более быстрое переключение между режимами работы.
Согласно AMD, мобильные процессоры Zen 3 поддерживают:
- двухканальную память DDR4 с частотой 3200 МГц
- двухканальную память LPDDR4X с частотой 4266 МГц
Улучшенная графика
В процессорах Cezanne используется та же встроенная графика Vega, что и в Renoir. Тем не менее, частота видеоядра возросла на 350 МГц, а энергоэффективность улучшилась. Согласно AMD, в бенчмарке 3DMark Time Spy новая Vega 8 в процессоре Ryzen 7 5800U на 15% производительнее, чем ее предшественница в Ryzen 7 4800U .
AMD также продемонстрировала сравнение производительности между Ryzen 7 4800U, Ryzen 7 5800U и Core i7-1165G7 в некоторых играх (1080p, низкие настройки). Судя по слайдам, в DOTA 2 и Valorant процессоры Cezanne обеспечивают ощутимый прирост.
Улучшение энергоэффективности и автономности
Улучшенная энергоэффективность - ключевое изменение в Cezanne: AMD удалось снизить энергопотребление процессоров во всех состояниях и режимах работы.
Если верить AMD, просто заменив процессор Ryzen 4000 U-серии на новый Ryzen 5000 U-серии и не внося никаких дополнительных изменений, можно продлить время автономной работы на 2 часа. Время работы в спящем режиме теперь на 20 часов больше.
Как говорят в AMD, в Ryzen 5000 были урезаны все возможные милливольты, чтобы обеспечить дополнительный запас по температуре, снизить потребление и улучшить производительность. Поддержка нового режима работы со сверхмалым питанием у контроллера ОЗУ также сыграла роль в снижении общего энергопотребления чипа.
Настольные процессоры AMD используют технологию Collaborative Processor Performance Control (CPPC), которая позволяет процессору самостоятельно строить оптимальную кривую частоты/напряжения. Процессор может изменять ее динамически в течении 1-2 мс без помощи планировщика в операционной системе (тот аналогичные действия выполняет каждые 30 мс).
У мобильных процессоров Renoir напряжение ядер процессора и встроенной графики жестко были выставлены в соотношении 1:1 вне зависимости от нагрузки. В случае Cezanne, напряжение каждого процессорного ядра может изменятся индивидуально в зависимости от частоты. Вместе с появившейся поддержкой CPPC это позволяет процессору гораздо быстрее переходить в состояние с меньшим потреблением при исчезновении нагрузки.
В AMD говорят, что требуют оптимизировать энергопотребление даже у аудио-тракта и других компонентов (мультиконтроллер, преобразователи напряжения и т.д.) - компания будет стимулировать производителей ноутбуков использовать более энергоэффективные аудио-контроллеры.
Компания AMD удивила всех в 2019 году своим переходом на новое поколение архитектуры процессоров Zen 2, основанной на литографии 7nm. Это изменение значительно повлияло на скорость и производительность процессоров, что положительно сказалось на популярности среди покупателей.
Zen 2 все еще дорабатывается и улучшается, но уже сейчас анонсировала Zen 3 и немного рассказала нам о том, что мы получим с новой архитектурой. Zen 2 анонсировали во время проведения CES 2019 в январе прошлого года, а вскоре мы узнали про выход Ryzen 3000, который основан на этой архитектуре. В этой статье мы поговорим об архитектуре Zen 3 и всём что о ней известно на данный момент.
Если AMD анонсирует процессоры в то же время что и в прошлом году, то мы можем ожидать появления Zen 3 уже довольно скоро. Вкратце о том, чего мы ожидаем:
- Улучшенную технологию 7nm от AMD;
- Старт продаж в середине-конце 2020 года;
- Примерная стоимость — от 100 долларов.
Дата выхода AMD Zen 3
Точная дата выхода AMD Zen 3 пока не известна. Недавно появились слухи, что генеральный директор AMD расскажет о процессорах Ryzen 4000 на CES 2020. Такая дата выбрана не случайно — AMD хочет постепенно отобрать у Intel долю рынка. Конечно, мы не получим детальных характеристик уже в январе, но скорее всего нам будет известно достаточно информации для того, чтобы делать первые выводы.
Если Zen 3 начнут продавать в 2020 году, то скорее всего это произойдет в то же время, как это случилось с Zen 2 в 2019. Таким образом, нам нужно подождать немного, когда нам станет известно больше после конференции.
Были слухи о том, что Zen 4 выпустят в 2021 году — это еще одно основание полагать, что новые процессоры Zen 3 мы увидим в этом году, причем не позже середины. С другой стороны, если у AMD есть задача продолжать продавать старые процессоры, то доступ к новой линейке мы получим только под конец этого года.
Цены на AMD Zen 3
У нас нет причин предполагать, что процессоры Zen 3 будут стоить намного дороже тех, что основаны на Zen 2. Таким образом, для того чтобы увидеть общую картину стоит взглянуть на стоимость процессоров из линейки Zen 2:
- AMD Ryzen 9 3950X: $749;
- AMD Ryzen 9 3900X: $499;
- AMD Ryzen 7 3800X: $399;
- AMD Ryzen 7 3700X: $329;
- AMD Ryzen 5 3600X: $249;
- AMD Ryzen 5 3600: $199;
- AMD Ryzen 5 3400G: $149;
- AMD Ryzen 3 3300G: $99.
Если технологии производства упростят или сделают более эффективными, есть возможность того что процессоры даже удешевят. Это усилит конкуренцию с Intel, но с другой стороны AMD и так намного дешевле Intel, соответственно компании нет смысла слишком снижать цены.
Характеристики процессоров на AMD Zen 3
Характеристики AMD Zen 3 пока тоже довольно смутны. В середине 2019 года нам стало известно, что AMD закончили разработку нового поколения процессоров, основанного на литографии 7nm+, которая несколько улучшилась по сравнению с предшествующей 7nm. Новая технология основывается на использовании 7nm EUV (экстремальная ультрафиолетовая литография). Это увеличит мощность транзисторов на 20% и снизит энергопотребление на 10%.
Улучшенная литография позволит выпускать процессоры с более высокой тактовой частотой и низким энергопотреблением. IPC вырастет на 10%. Кроме того, уже есть догадки, что AMD сделает улучшенную реализацию одновременной многоядерной работы в Zen 3. Таким образом, одно ядро сможет работать сразу в четырех потоках. Например — 4 ядра 16 потоков.
Более того, апгрейд произойдет и в случае с кэшем, как это случилось с последним поколением процессоров. Улучшение затронуло быстродействие процессора не только в общем, но и особенно сильно — в видеоиграх.
У нас нет оснований полагать, что Zen 3 будет работать не на DDR 4 или PCIe 4.0, а вот ситуация с Zen 4 не такая однозначная.
Говоря в общем, мы ожидаем новые процессоры на архитектуре Zen 3, у которых повысится тактовая частота и количество выполняемых процессором инструкций. Это затронет производительность, особенно если сравнивать с прошлыми поколениями процессоров от AMD. Увеличенная мощность и пониженное энергопотребление заинтересует производителей ноутбуков. Но когда выйдет Zen 3 пока не известно.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Читайте также: