Lees meer over de kenmerken van de AMD Zen-microarchitectuur. Beoordeling en testen van een technisch voorbeeld van een processor met AMD Zen SMT versus CMT-microarchitectuur: een terugkeer naar de klassiekers

Advanced Micro Devices bevestigde woensdag dat de microprocessors die volgend jaar uitkomen gebaseerd zullen zijn op de nieuwste Zen-microarchitectuur. Het bedrijf beloofde een grote verhoging van de snelheid van de nieuwe chips ten opzichte van bestaande, en zei ook dat zijn ingenieurs al werken aan een verbeterde versie van Zen-technologie, een architectuur genaamd Zen+.

Mark Papermaster, Chief Technology Officer van AMD, vertelde financiële analisten dat Zen-processorkernen 40% meer instructies per klok (IPC) zullen uitvoeren vergeleken met Excavator-kernen. In wezen betekent dit dat de volgende generatie AMD CPU's 40% sneller zal zijn dan hun voorgangers met hetzelfde aantal cores en kloksnelheden. Volgens AMD zullen chips op basis van Zen+ cores nog indrukwekkendere prestaties per klok laten zien, wat verdere grote verbeteringen op microarchitectonisch niveau betekent.

Graafmachinekernen vormen het hoogtepunt van de ontwikkeling van de Bulldozer-microarchitectuur, die in 2010-2011 een revolutie beloofde in de constructie van multi-coreprocessors, maar er niet in slaagde een waardige concurrent te worden van de moderne microarchitecturen van Intel. Een van de redenen voor het feitelijke Bulldozer-fiasco wordt beschouwd als het ‘modulaire’ ontwerp van processorkernen (informeel geclusterde multi-thread (CMT) genoemd naar analogie met de geclusterde integer-core ontwikkeld door DEC in 1996 voor de Alpha 21264 RISC-processor Omdat elke dual-core Bulldozer-module twee blokken bevat voor het uitvoeren van integer-bewerkingen (met bijbehorende logica), maar één blok voor het uitvoeren van drijvende-kommabewerkingen (en ook de instructie-ophaaleenheid, instructiedecoder en cache op het tweede niveau verdeelt tussen integer-kernen. ), in het geval van drijvende-kommabewerkingen gedraagt ​​deze zich als een niet erg efficiënte single-core chip.

De Zen-microarchitectuur belooft het tegenovergestelde van Bulldozer te zijn. Elke Zen-kern zal zes integer-uitvoeringseenheden bevatten, twee 256-bit drijvende-komma-eenheden, een eigen instructiedecoder, een instructie-ophaaleenheid, een vertakkingsvoorspellingseenheid, een eigen cachegeheugen, enz.

Bovendien zullen de nieuwe AMD-processors, net als Intel-processors (te beginnen met de Pentium 4), gelijktijdige multithreading (SMT)-technologie ondersteunen. Door het gebruik van SMT kunnen de nieuwe kernen in één klokcyclus instructies uitvoeren vanuit meerdere onafhankelijke threads op verschillende functionele modules van de Zen-kern, waardoor de topprestaties toenemen.

Volgens AMD zal de Zen-microarchitectuur beschikken over een inclusief cache-subsysteem met meerdere niveaus, ontworpen voor lage latentie en maximale doorvoer. De vervanging van een exclusief cachegeheugensubsysteem (elk niveau slaat unieke informatie op) door een alomvattend subsysteem (grote caches van lagere niveaus kunnen kopieën opslaan van de inhoud van kleinere caches van het hogere niveau) gebeurt feitelijk voor het eerst in de geschiedenis van AMD-processors. Beginnend met de K6-chip gebruikte het bedrijf een exclusief exclusieve cachehiërarchie.

De toename van 40% in instructie-uitvoering per klok vergeleken met Excavator betekent niet dat Zen-gebaseerde processors 40% sneller zullen zijn dan bestaande AMD FX- of A10-chips. Omdat de nieuwe chips op hogere kloksnelheden kunnen werken, is het mogelijk dat ze aanzienlijk sneller zullen zijn dan AMD's huidige APU's en CPU's. Integendeel, als de kloksnelheden van de nieuwe producten laag zijn, zullen de nieuwe AMD-producten slechts een bescheiden prestatieverbetering kunnen laten zien vergeleken met de huidige oplossingen.

Zoals verwacht zullen microprocessors gebaseerd op de Zen-microarchitectuur - zoals Summit Ridge, Bristol Ridge en Basilisk - worden vervaardigd op 14 nm-technologie met behulp van vinvormige veldeffecttransistors (FinFET's) in de GlobalFoundries-fabriek. De verwachting is dat de meest geavanceerde versie van de 14-nm-procestechnologie – 14LPP (14nm low-power plus) – zal worden gebruikt om nieuwe chips te produceren.

Gezien de extreem trage ontwikkeling van processormicroarchitecturen in de afgelopen jaren is een prestatieverbetering van 40% per klok indrukwekkend. Veel zal echter niet alleen afhangen van de microarchitectuur zelf, maar ook van de praktische implementatie van de processors, evenals van hun kloksnelheden. Als het goed gaat met AMD, is het mogelijk dat toekomstige FX-processors in de tweede helft van volgend jaar kunnen concurreren met Intel's krachtigste Core i7-chips.

Wat kunnen we in 2017 van het bedrijf verwachten?

Enige tijd geleden deelde AMD nog een stukje gegevens met het grote publiek over de nieuwe Zen-microarchitectuur, evenals het AM4-platform, dat (samen met nieuwe processors en APU's) vanaf volgend jaar het belangrijkste product van het bedrijf voor de desktopmarkt zou moeten worden. Het is duidelijk dat de voorlopige informatie niet uitputtend is, maar wel behoorlijk interessant, omdat je hiermee grofweg kunt begrijpen wat je van nieuwe producten mag verwachten (en wat niet). Dit was de reden voor het schrijven van dit materiaal, dat niet is gewijd aan microarchitecturale subtiliteiten (zeker belangrijk, maar niet alle), maar laten we zeggen aan de consumentenkenmerken van het nieuwe platform.

Huidige problemen

Zoals we bijna twee jaar geleden schreven, zag de situatie met AMD-desktopplatforms er de afgelopen jaren een beetje vreemd uit. In feite vonden de belangrijkste gebeurtenissen plaats op het gebied van APU's (zoals het bedrijf processors met geïntegreerde grafische kaart noemt), waar sinds 2011 twee en een half platform is veranderd: FM1, FM2 en FM2+, compatibel met de laatste van boven tot onder. Alle genoemde oplossingen (zelfs het FM1-platform, dat nog niet zo lang op de markt is) kunnen echter als modern worden beschouwd: door een hoge mate van integratie kun je complete systemen creëren met slechts een paar chips - de processor zelf (waarvan de meeste zijn uitgerust met GPU's die uitstekend zijn volgens de normen van geïntegreerde oplossingen) en een chipset. De lijn chipsets voldoet ook aan de moderne eisen - op het gebied van integratie van functionaliteit liep AMD heel vaak voorop op Intel, omdat het de eerste was die zijn chips voorzag van ingebouwde ondersteuning voor USB 3.0 en een snelheid van 6 Gbps voor alle SATA-poorten , Bijvoorbeeld. Het enige dat de brede uitbreiding van oplossingen voor dit platform verhinderde, waren de relatief lage prestaties en het hoge stroomverbruik van het APU-processorgedeelte in vergelijking met concurrerende oplossingen. Hogere prestaties zouden kunnen worden verkregen door oplossingen te kiezen voor het AM3+-platform, dat in essentie teruggaat tot de platforms van het begin van de eeuw. En de multimoduleprocessors zelf zijn sinds 2012 niet noemenswaardig bijgewerkt, zodat ze alleen vanwege de lage prijzen tegen relatief hoge kosten konden worden verkocht vanwege het gebruik van de toch al verouderde 32 nm-procestechnologie. Dit laatste was tot op zekere hoogte ook van toepassing op APU's, die tijdens hun bestaan ​​van de genoemde normen naar slechts 28 nm zijn "verschoven", wat ook al lange tijd niet het toppunt van de technologie is - in veel opzichten is dit de oorzaak van de genoemde problemen met het energieverbruik.

Het is vermeldenswaard dat het bedrijf deze gang van zaken nooit als ‘normaal’ heeft beschouwd: de eenwording van platforms was aanvankelijk gepland voor 2012. In de praktijk gebeurde dit echter niet, waardoor het merkwaardige ‘op twee stoelen zitten’ tot op de dag van vandaag voortduurt. In wezen zijn dus zowel processors als AMD-platforms nu verouderd, dus de situatie moet radicaal veranderd worden. Dit is wat het bedrijf van plan is te doen.

AM4: eindelijk één platform

AMD heeft de bestaande aannames over de kenmerken van het nieuwe platform volledig bevestigd, zelfs “met een slide”. Het bedrijf noemt met name het volgende als de belangrijkste kenmerken van AM4:

• DDR4-geheugen
• Volledige PCIe 3.0-ondersteuning
• USB 3.1 (“vol”, d.w.z. Gen2 met snelheden tot 10 Gbps)
• NVMe en SATA Express

Wat het laatste punt betreft, waren er in principe geen serieuze hardwareaanpassingen nodig voor de implementatie ervan: het is mogelijk binnen het raamwerk van bestaande platforms. Met name veel moederbordfabrikanten hebben hun modellenreeks zelfs bijgewerkt met AM3+, waardoor ze kunnen opstarten vanaf NVMe-schijven. Belangrijker voor het volledig functioneren van NVMe-schijven op maximale snelheid is ondersteuning voor PCIe 3.0, die helemaal niet beschikbaar was binnen AM3+, en APU's voor FM2+ ondersteunden slechts 24 lijnen van deze interface, waarvan sommige "gingen" communiceren met de chipset , en 16 kunnen vereist zijn voor de videokaart. Bovendien waren er, zoals hierboven vermeld, geen krachtige processors voor FM2+, dus het platform is al lang stevig verankerd in de budgetsector, waar het NVMe-protocol niet erg relevant is (simpelweg omdat tot nu toe alle schijven die dit ondersteunen exclusief zijn “niet-budget”). Volgens de plannen zou AM4 een oplossing moeten worden voor alle marktsegmenten, dus dit kan daarvoor noodzakelijk worden - vooral gezien de wens van AMD om "langlevende" platforms te creëren, die door veel gebruikers zeer gewaardeerd wordt. Voor USB 3.1-ondersteuning geldt precies hetzelfde: voorlopig is het niet nodig, maar in de toekomst kan het wel van pas komen. Nogmaals, zoals hierboven vermeld, implementeerde AMD de vorige versie van de standaard een jaar eerder in chipsets dan Intel, dus het is logisch om hetzelfde te verwachten voor de nieuwe versie van USB.

Het beheersen van DDR4 is een langverwachte stap, omdat de prestaties van geïntegreerde GPU's sterk afhankelijk zijn van de geheugenbandbreedte. Voorheen moest dit probleem worden opgelost door de DDR3-frequenties te verhogen, maar deze aanpak is, op zijn zachtst gezegd, niet ideaal in termen van prijs en stroomverbruik van modules. Dit is eigenlijk de reden waarom er sinds 2013 gesproken wordt over de introductie van DDR4-ondersteuning in AMD APU's (destijds waren er veel aannames over twee opties in de komende Kaveri), maar lange tijd waren nieuwe geheugenmodules te duur voor gebruik in massasystemen. Op dit moment zijn de DDR4-leveringen al groter dan DDR3, dus de prijzen zijn gestabiliseerd – met een trend in het voordeel van DDR4. Over het algemeen is het tijd om afscheid te nemen van de oude standaarden, en blijkbaar is AMD van plan dit abrupter te doen dan Intel - die, zoals we ons herinneren, DDR3 nog niet volledig heeft verlaten. Aan de andere kant was de laatste grote update van LGA115x vorig jaar, en de interessantste producten voor AM4 verschijnen volgend jaar, dus dit verschil in aanpak is heel begrijpelijk.

Bristol Ridge: een tussenoplossing

Het ‘inlopen’ van het platform is echter bijna begonnen: zoals verwacht zijn er momenteel een aantal processors voor uitgebracht en deze worden al naar grote fabrikanten verzonden. Ze behoren allemaal nog steeds tot het budgetsegment, dus het bedrijf heeft tot nu toe de meest functionele chipsets (X380) geperst en slechts een paar goedkope aanpassingen geleverd: A320 en B350. In de praktijk zullen deze echter voor velen voldoende zijn. Wat ze niet hebben is PCIe 3.0-ondersteuning - respectievelijk slechts 4 of 6 PCIe 2.0-lanes. Aan de andere kant worden 10 PCIe 3.0-lanes (degene die nodig zijn voor communicatie met de chipset niet meegerekend) ondersteund door de huidige processors/APU's zelf, en de aanwezigheid van krachtige (voor oplossingen van deze klasse) grafische afbeeldingen in deze APU's in een goedkope computer zal zeker PCIe-processorlijnen vrijlaten voor randapparatuur.

Over het algemeen kan men de eenwording van mobiele en desktopoplossingen waarnemen: APU's van de Bristol Ridge-familie zijn de erfgenamen van de Carrizo die we al kennen. Naast de genoemde 10 PCIe 3.0-lanes (x8+x1+x1, de laatste twee kunnen tegelijkertijd aan een NVMe-schijf worden “gegeven”) ondersteunen ze zelf 4 USB 3.0-poorten (ook wel USB 3.1 Gen1 genoemd) en 2 SATA600-poorten. Het gebruik van de lagere A320-chipset voegt aan het bovenstaande een USB 3.1-connector toe (volledige snelheid, zoals hierboven vermeld), 2 USB 3.0-poorten, 6 USB 2.0-poorten, 4 PCIe 2.0-lanes, 2 SATA600-poorten en 1 SATA Express-connector (die kan worden gebruikt als een SATA-paar). De B350 heeft vergelijkbare functionaliteit, maar voegt nog 1 USB 3.1-poort en 2 PCIe 2.0-lijnen toe. Bovendien ondersteunen alle AMD-oplossingen, volgens goede traditie, de creatie van RAID-arrays van niveaus 0, 1 en 10.

Hoe verhoudt dit zich tot Intel's budgetaanbiedingen zoals de H110 en B150? Om het begrip te vereenvoudigen, zullen we de kenmerken van de platforms in een tabel verzamelen, en daaraan de in massa geproduceerde A78 voor FM2+ toevoegen, die de markt verlaat.

Het enige formele zwakke punt van het nieuwe platform is dus het aantal PCIe 3.0-lanes dat door de processor wordt geleverd: slechts 10 versus de gebruikelijke 16 in het massasegment Doei- het is alleen dat er op dit moment geen andere APU-modellen zijn, maar deze zullen in de toekomst verschijnen. Uiteindelijk hebben oplossingen gebaseerd op FM2+ (A78) misschien helemaal geen PCIe 3.0-lanes - als je een processor voor FM2 in het bord installeert, die alleen PCIe 2.0 ondersteunt. Maar Intel-platforms hebben een ander probleem: alle processors voor LGA1151 ondersteunen PCIe 3.0 x16, maar op borden met budgetchipsets zal deze lijnconfiguratie de enige zijn - deze lijnen mogen niet worden "opgesplitst" in slots/apparaten. AMD hanteert een andere praktijk, zodat je in een systeem met een A320 bijvoorbeeld twee NVMe-schijven op PCIe 3.0 kunt "aansturen" - maar in een systeem met een H110 niet (PCIe 3.0 x2 is echter gelijk in bandbreedte naar PCIe 2.0 x4, maar is het in veel opzichten mogelijk voor goedkope H110-kaarten om tenminste zo'n slot te implementeren?). In welke mate dit (evenals ondersteuning voor SATA Express- of RAID-arrays) veel gevraagd is in goedkope systemen is een aparte vraag. Maar het feit blijft: zelfs de laagste versies van het nieuwe platform zijn qua functionaliteit vergelijkbaar met oudere Intel-oplossingen.

Wat de mogelijkheden voor het aansluiten van externe randapparatuur betreft, blijven chipsets voor FM2+ het record behouden wat betreft het totale aantal USB-poorten. Maar dit record is puur theoretisch - in feite is er simpelweg geen vraag naar zoveel USB 2.0 in uiteindelijke oplossingen. Maar vier snelle USB-poorten zijn soms niet genoeg, wat ook de Intel H110 treft. Tegelijkertijd ondersteunt de jongste chipset voor AM4 zeven USB 3.0-poorten (waarvan één USB 3.1, wat voorlopig, zoals hierboven vermeld, vooral een basis is voor de toekomst, maar met USB 3.0-snelheid kan deze poort nu gebruikt worden ) - zelfs meer dan B150. Misschien zal Intel in de "200e" serie chipsets de jongere aanpassingen "aanpassen", maar dat is er nog niet en de A320 en B350 worden al naar fabrikanten verzonden.

De ontwikkeling van compacte computers op basis van AMD-processors zou moeten schitteren met nieuwe kleuren, aangezien een deel van de functionaliteit van traditionele chipsets al is overgedragen naar de processors zelf, waardoor AM4 tot op zekere hoogte niet alleen lijkt op FM2+ of AM3+, maar ook op AM1 . In AM1 was de functionaliteit van de SoC echter zeer beperkt en waren er geen uitbreidingsmogelijkheden, maar nu is dit probleem verholpen. Om precies te zijn, het werd een jaar geleden gefilmd op de Carrizo-laptop, en het is niet verwonderlijk dat bij de ontwikkeling van een nieuw desktopplatform met deze prestaties rekening werd gehouden en geërfd. Wat betekent dit in de praktijk? Zonder speciale problemen kunt u bijvoorbeeld Mini-STX-kaarten produceren met een vervangbare processor, maar door op de chipset-chip te "bewaren" - vier USB 3.0-poorten en een paar SATA600 (waarvan er één, in combinatie met PCIe 3.0 x4 , kan redelijkerwijs worden toegewezen aan de M. 2) daar is genoeg. Vroeger waren hier problemen mee, maar nu niet meer.

Maar waarom zijn we, met al deze interessante features, geneigd om de huidige implementatie van het platform als een tussenoplossing te beschouwen? Feit is dat de processors die er momenteel voor beschikbaar zijn, zeer beperkt zijn. AMD prijst uiteraard de “zevende generatie” APU, maar hetzelfde werd gezegd over eerdere modellen. Maar in de praktijk is dit slechts een verdere ontwikkeling van dezelfde modulaire architectuur die in 2011 debuteerde, en dezelfde 28 nm-procestechnologie die sinds 2014 wordt gebruikt. Ja, zoals onze tests hebben aangetoond, zijn Carrizo-processors vaak (dankzij optimalisaties) sneller dan Kaveri-processors die op een hogere klokfrequentie draaien, en ondersteuning voor DDR4-geheugen zou ze een kleine boost moeten geven. De geïntegreerde GPU was voorheen een van de beste in zijn klasse en heeft sinds 2015 een bijgewerkte videoverwerkingseenheid gekregen met hardwareondersteuning voor VP9 en H.265/HEVC met resoluties tot 4K. Dit is allemaal waar, maar het leidt alleen tot evolutionaire veranderingen die de klasse van de oplossing niet fundamenteel veranderen. De enige Athlon X4 voor het nieuwe platform op dit moment, het model met index 950, is dus in alles identiek, behalve het type RAM van de Athlon X4 845 voor FM2+, en er kunnen min of meer vergelijkbare analogen worden gevonden voor andere nieuwe processors . Daarom wordt de echte lancering van het AM4-platform pas volgend jaar verwacht - tenminste als de plannen van AMD worden vervuld.

Zen: wat is er nieuw?

Met welke problemen werd het bedrijf geconfronteerd? Het belangrijkste controversiële punt van de ontwikkelde modulaire architectuur waren de modules zelf: om het transistorbudget te sparen, zijn de daarin opgenomen paar "x86-kernen" van elkaar afhankelijk, omdat ze enkele blokken scheiden. In het bijzonder waren in de eerste implementaties zelfs de instructiedecoder en instructiecache verenigd. Het tweede zwakke punt is het geheugensysteem. Ten tijde van de ontwikkeling van de eerste processors was het mogelijk om een ​​snelle cache op het tweede niveau te maken, maar L3 bleef buiten het hoofdgedeelte van de processor, dus werkte het er asynchroon mee en op lagere klokfrequenties. Als gevolg hiervan bleek in hogere configuraties van de FX-processorfamilie de totale L2-capaciteit gelijk aan L3, wat AMD dwong een exclusieve cachegeheugenarchitectuur te blijven gebruiken. Het werkte prima in de tijd van single-core processors, maar maakte het moeilijk om gegevens uit te wisselen tussen computationele threads in multi-core processors, wat de algoritmen ingewikkelder maakte: als iets zich niet in L3 bevindt, kan het zich in L2 van een van de modules bevinden. of misschien alleen in het geheugen. En zelfs een enkele L2 voor een paar kernen, zo handig voor de Core 2 Duo, kon niet worden gebruikt voor synchronisatie: de grootste efficiëntie werd gedemonstreerd doordat de module slechts één stroom opdrachten uitvoerde, d.w.z. het laden van de "tweede helften" ( in feite een kleiner deel ervan) had werken alleen zin als er te veel van was, maar niet op de gebruikelijke twee tot vier draden voor enorme belastingen.

En bij APU's werd het grootste deel van de chip in beslag genomen door de grafische kern, dus deze modellen bleven achter zonder een enkel cachegeheugen, zelfs niet een traag geheugen, omdat de processor anders te groot zou zijn geweest. Bij gebruik van dezelfde productiestandaarden concurreerden APU's in feite op kosten met oudere quad-coremodellen van de reguliere Intel-processorlijn, en oudere processors met vier modules bleken zelfs nog duurder te zijn. Maar tegelijkertijd was het alleen mogelijk om over concurrentie in termen van prestaties te praten door vier AMD-modules met vier Intel-cores te vergelijken - slechts één SIMD-blok per module voegde olie op het vuur toe. Tegelijkertijd waren Intel-processors zelf goedkoper in productie, maar vanwege de kenmerken van de platforms die ze kosten aanzienlijk minder. APU's 'vochten' alleen met zeer goedkope dual-core Intel-processors, en zelfs dit gebeurde met wisselend succes. Natuurlijk hadden ze een voordeel op het gebied van grafische prestaties, maar er was niet altijd vraag naar.

Wat verandert er in de nieuwe generatie (zoals we beloofden – in eenvoudige taal, zonder in de technische jungle te vervallen)? Het ‘basiselement’ van Zen doet enigszins denken aan de dual-moduleprocessor van de vorige architectuur, maar met aanzienlijke wijzigingen. Ten eerste bevat het niet vier paarsgewijze "x86-kernen", maar vier volwaardige en onafhankelijke kernen - onafhankelijk, zelfs in termen van cachegeheugen op het tweede niveau, waarvan de totale capaciteit is gehalveerd, maar nu heeft elke kern zijn eigen L2 ( en natuurlijk zijn eigen instructiedecoder samen met instructiecachegeheugen). Ten tweede is het cachegeheugen op het derde niveau een integraal onderdeel geworden van een dergelijke ‘bouwsteen’. Blijkbaar zal het aanzienlijk sneller werken dan zijn voorgangers, en de capaciteit is 8 MB. Ten derde, en dat is belangrijk, is AMD er ook in geslaagd om symmetrische multithreading-technologie te implementeren, zodat elke kern opdrachten kan uitvoeren vanuit niet één, maar twee threads.

Zoals u kunt zien, lijkt Zen in de “basisversie” sterk op de top-massaserie Intel-processors, dat wil zeggen quad-core Core i7. Tegelijkertijd zal een dergelijke “module” in de tweede helft van volgend jaar worden gebruikt in APU’s, die momenteel, laten we u eraan herinneren, slechts twee modules in de “oude stijl” hebben, en helemaal zonder enige cache op het derde niveau. . De grafische kern is misschien niet op één lijn met de topoplossingen van Intel (vooral die uitgerust met L4-cache - AMD heeft zoiets nog niet beloofd), maar hij zal productiever zijn dan in massa geproduceerde geïntegreerde Intel-graphics. Bovendien zal het bedrijf, afgaande op de beschikbare gegevens over de interne organisatie van processors, een budgetaanpassing kunnen ontwikkelen met een paar cores en L3 teruggebracht tot 4 MB, d.w.z. directe concurrenten vrijgeven voor een verscheidenheid aan Core i3 en andere dual -kernprocessors (vooral mobiele). Nu kunnen alleen dual-module (in AMD-terminologie - "quad-core") processors met hen concurreren, en in de toekomst zullen "gewone" dual-core processors hetzelfde doen.

Er kan echter niet worden gezegd dat het bedrijf de “core parity” volledig heeft bereikt. Met name blokken voor het werken met drijvende-kommagetallen en andere SIMD-instructies zijn minder veranderd dan we zouden willen. Ze hebben geen normale ondersteuning voor het werken met 256-bits vectoren, dat wil zeggen dat je geen goede resultaten kunt verwachten met AVX2-code. Aan de andere kant is het op dit moment voorbarig om iets over de prestaties te zeggen: de nieuwe microarchitectuur zal pas volgend jaar in eindproducten debuteren. Dan zal er volledige duidelijkheid zijn over hun klokfrequenties, prijzen en prestaties bij echte taken. Voorlopig kunnen we alleen de plannen van AMD beoordelen.

En daarin was ook plaats voor liefhebbers van hoge processorprestaties, aangezien er minstens twee opties zullen zijn voor de lay-out van eindproducten (en als we rekening houden met de mogelijkheid om dual-core modellen uit te brengen die gemakkelijk hun plaats kunnen vinden in het budgetsegment, dan drie): naast de APU, waar, zoals al zoals hierboven vermeld, een quad-core Zen "module" naast de GPU zal staan, is het ook de bedoeling om "pure" CPU's uit te brengen - met twee modulen. Dat wil zeggen dat dergelijke oplossingen 8 kernen zullen hebben die gelijktijdig 16 rekenthreads kunnen uitvoeren en zijn uitgerust met een cache op het derde niveau met een capaciteit van 16 MB. Bij L3 is het niet helemaal duidelijk of het één enkel volume zal zijn dat toegankelijk is voor alle kernen van een “composiet” processor, of twee afzonderlijke blokken (wat inherent is aan “lijmen”), maar de capaciteit zal precies hetzelfde zijn. Tegelijkertijd zullen topprocessors compatibel blijven met hetzelfde AM4-platform, wat een belangrijk concurrentievoordeel is ten opzichte van Intel-processors voor LGA2011-3 en hun opvolgers, die mechanisch incompatibel zijn met de massalijn. Ja, wat hierboven is gezegd over de prestaties van vectorinstructies zal natuurlijk waar zijn, en de geheugencontroller van deze nieuwe modellen zal tweekanaals blijven in plaats van vierkanaals, maar dat laatste heeft ook zijn voordelen: de borden zullen goedkoper. Bovendien zullen dit dezelfde borden zijn als voor goedkope APU's, dat wil zeggen dat het langverwachte enkele AMD-platform waarschijnlijk nog breder kan worden gebruikt dan Intel LGA115x. En als het bedrijf er ook in slaagt om het voor vijf jaar te ‘repareren’ (en op zijn minst top-down compatibiliteit te implementeren), waardoor het een ‘lange lever’ van de AM3-klasse wordt, des te beter voor veel consumenten.

Er rijst natuurlijk een logische vraag: als alle veranderingen zo logisch en te verwachten zijn, waarom duurde het ‘wachten’ dan zo lang? Dergelijke apparaten zijn tenslotte op een goede manier “gisteren” nodig, en het bedrijf is van plan ze pas “morgen” te leveren. Er is een probleem, maar dat heeft geen invloed op de ontwikkeling zelf, alleen op de productie. In feite was het enige dat tot voor kort beschikbaar was voor AMD een 32 nm-procestechnologie, wat alleen voldoende is voor FX. In het beste geval zal het het niveau bereiken van Intel Sandy Bridge, die eveneens ruim vijf jaar oud is. De nieuwste APU-modellen gebruiken echter 28 nm-standaarden, maar dit is niet veel beter dan 32 nm. Daarom is er een “grote sprong” gepland in de productie: een overgang naar de 14 nm-procestechnologie. De transitie zal met enige vertraging plaatsvinden ten opzichte van Intel (dat dit technische proces al twee jaar gebruikt), maar begrijpelijk en verklaarbaar. Over het algemeen was het onmogelijk om dergelijke processors te maken zonder de nieuwe productiestandaarden onder de knie te krijgen - en het kost tijd om ze onder de knie te krijgen. Wij willen geloven dat AMD zal slagen.

Totaal

Dus wat krijgen we? Allereerst - eindelijk! - overgang naar één platform, wat al vijf jaar niet meer is gebeurd. Bovendien kunnen we in dit geval spreken van een “grote sprong”: volgens de plannen zou AM4 universeler moeten zijn dan Intel LGA115x. Ten tweede een aanzienlijke verandering in de microarchitectuur - met een toename van de prestaties en de algehele efficiëntie van de daarop gebaseerde processors. Ten derde een scherpe verbetering van de productienormen, wat op zichzelf goed is en zonder welke dergelijke veranderingen onmogelijk zouden zijn. Dat wil zeggen, zoals je kunt zien, AMD is van plan om in één klap alle tekortkomingen van de hedendaagse massaproductiesystemen te elimineren. Zal het werken? Alleen de praktijk zal dit uitwijzen - voorlopig kunnen we alleen plannen en voorlopige informatie evalueren. Echter, op de een of andere manier Het AM4-platform bestaat al en heeft in zijn prijssegment een aantal voordelen ten opzichte van concurrerende ontwikkelingen. In principe zijn ze geërfd van hun voorgangers (dit is niet verrassend - het is moeilijk om de APU's die momenteel op de markt worden gebracht “nieuw” te noemen), maar dan met de toevoeging (althans potentieel) van uitbreidbaarheid en een langere levenscyclus. En volgend jaar krijgen we het definitieve antwoord op de vraag hoe succesvol de transitie zal zijn. Ik zou graag willen geloven dat het antwoord positief zal zijn - het is tenminste interessanter :)

Tegenwoordig is dit precies het geval waarin duizenden woorden in het inleidende deel van het artikel zouden kunnen worden geschreven. Natuurlijk komt Ryzen uit - de meest veelbelovende x86-processor van de afgelopen vijf jaar, wat ook van groot belang is voor het pad dat de pc-industrie in de nabije toekomst zal inslaan. U verwacht echter waarschijnlijk dat we uitgebreid zullen praten over hoeveel we van het nieuwe product verwachten en hoe goed het zou zijn als er weer volwaardige concurrentie zou ontstaan ​​op de processormarkt. Daarom stellen we de meest interessante dingen niet uit tot later, maar gaan we meteen verder met de technische details en vervolgens met de tests.

De manier waarop de Ryzen 7 1800X overklokt (of beter gezegd, niet overklokt) wil ik echt toeschrijven aan de vochtigheid van het platform. Met grote moeite zijn we erin geslaagd een stabiele werking van deze processor te bereiken bij frequenties die zelfs iets hoger zijn dan de nominale waarden. Bij overklokken is de vooruitgang in frequentie erg traag, en het verder verhogen van de V CORE-spanning, rekening houdend met het feit dat deze bij nominale waarde al boven de 1,4 V uitkomt en zelfs sterk fluctueert over een groot bereik, is enigszins beangstigend.

Het stabiele maximum dat werd bereikt was slechts 4,0 GHz. De processor nam niet langer een hogere frequentie aan. Het systeem startte op met een frequentie van 4,25 GHz, maar helaas was er geen sprake van een werking zonder crashes en vastlopen. Om te testen gebruikten we het hulpprogramma Prime 95 10/28, en dat slaagde erin het systeem binnen een paar minuten te laten crashen, zelfs als de frequentie was geselecteerd op 4,05 GHz.

De werking van de Ryzen 7 1800X op 4,0 GHz baarde echter enige zorgen. Ten eerste moest de voedingsspanning van de CPU worden verhoogd naar 1,55 V, wil het systeem de stabiliteitstests doorstaan. Er zijn gegronde twijfels dat langdurig gebruik van een 14 nm-chip bij een dergelijke spanning niet tot verslechtering zal leiden. van het halfgeleiderkristal. Bovendien klaagde het moederbord bij elke herstart dat de processorspanning gevaarlijk hoog was.

Ten tweede daalde de temperatuur van de CPU die op een dergelijke overkloksnelheid draaide, zoals gerapporteerd door de ingebouwde sensor, ruim 100 graden buiten de schaal, ondanks het feit dat in onze experimenten een krachtige Noctua NH-U14S-koeler werd gebruikt voor koeling. Dit zorgde niet voor enige throttling, maar temperaturen van zo’n 45 graden lijken niet erg op veilig verwarmen. Zeker als je er rekening mee houdt dat Ryzen’s processorcover aan de halfgeleiderchip is gesoldeerd, en niet op pasta is gemonteerd, zoals de LGA1151-processors van de concurrent.

Als gevolg hiervan kon het overklokken van de Ryzen 7 1800X de frequentie met slechts 8-10 procent verhogen ten opzichte van de nominale waarde. Met zo'n bescheiden resultaat konden we de grenzen van de turbomodusfrequenties niet overschrijden, maar de veiligheid van zelfs zo'n bescheiden frequentieverhoging in de context van constant gebruik van het systeem is een grote vraag. Dit alles leidt tot de teleurstellende conclusie dat het overklokpotentieel van nieuwe AMD-processors ronduit laag is, en dat Ryzen hier verliest van de processors van zijn concurrent. Dezelfde Core i7-6900K overschrijdt bijvoorbeeld zijn nominale frequentie met 20-25 procent en kan, wanneer hij luchtgekoeld is, de 4,2 GHz-balk bereiken, wat de mogelijkheden van de Ryzen 7 1800X te boven gaat.

Er is echter nog steeds weinig hoop dat de oorzaak van dergelijk overkloklijden de ‘vochtigheid’ van het platform is. Zo beloofde AMD zelf iets heel anders op het gebied van overklokken. Volgens verklaringen van bedrijfsvertegenwoordigers zouden de nieuwe 14-nm-processors in staat moeten zijn om met luchtkoeling te overklokken tot 4,2-4,3 GHz met spanningen in de orde van 1,45 V. Onze ervaring tot nu toe weerlegt deze beloften categorisch, maar er is enige hoop voor een verbetering van de situatie – het blijft nog steeds bestaan. Daarom zullen we in onze toekomstige artikelen terugkomen op het onderwerp overklokken van processors.

Experimenten met het overklokken van het Ryzen-geheugensubsysteem konden ook geen bron van optimisme worden. De maximale DDR4-modus, waarmee je de Ryzen 7-geheugencontroller kunt instellen zonder de BCLK-frequentie te verhogen, is DDR4-3200. Maar zelfs in de DDR4-2933-modus werken niet alle modules met deze processor. De 2 x 8 GB DDR4-3200 Corsair Vengeance LPX CMK16GX4M2B3200C16-kit, die we gebruiken bij het testen van Intel-systemen, draaide bijvoorbeeld op een Socket AM4-systeem met een Ryzen 7 1800X alleen in DDR4-2400-modus.

In ruil daarvoor voorzag AMD ons van een andere, vergelijkbare kit met een vergelijkbaar volume, Corsair Vengeance LPX CMK16GX4M2B3000C15. Het is ontworpen voor de DDR4-3000-frequentie en daarmee konden we alle tests in de DDR4-2933-modus uitvoeren. Alle pogingen om het op hogere snelheden te laten draaien mislukten echter. Met andere woorden, voorlopig ziet de situatie eruit alsof er enkele speciale “geselecteerde” modules nodig zijn om het Ryzen-geheugensubsysteem op hoge frequenties te laten draaien. Maar ook hier blijft de hoop bestaan ​​dat het optimaliseren van het BIOS van moederborden in de loop van de tijd kan helpen.

Naast het bovenstaande moet melding worden gemaakt van het speciale AMD Ryzen Master-hulpprogramma, dat de ingenieurs van het bedrijf hebben uitgebracht om het overklokken van nieuwe processors vanuit het besturingssysteem te beheren. Helaas is het echter niet in staat om de resultaten van overklokken te verbeteren en voegt het alleen wat gemak toe aan dit proces, waardoor het in sommige gevallen mogelijk is om te doen zonder voortdurend opnieuw opstarten en vervelende selectie van instellingen in de BIOS-omgeving.

Bovendien is de functieset van de AMD Ryzen Master enigszins beperkt. Hiermee kunt u alleen de frequentie van processorkernen, spanning V, wijzigen KERN , evenals geheugenfrequentie en timings. Bovendien is vaak na het wijzigen van de parameters nog steeds een herstart van het systeem nodig om deze van kracht te laten worden. Bovendien vervormt het hulpprogramma, terwijl het zich in de bètastatus bevindt, een aantal parameters en geeft een aantal ervan helemaal niet weer. Het zal dus pas volledig mogelijk zijn om het volledig te gebruiken nadat alle tekortkomingen en tekortkomingen door de ontwikkelaars zijn gecorrigeerd.

AMD's nieuwe Zen-processorarchitectuur vertoont veel verschillen met de vorige architectuur. We hebben al geschreven over enkele kenmerken van Zen-processors, maar de veranderingen hadden betrekking op de meeste componentprocessors, en in dit materiaal zullen we enkele van de ‘subtiliteiten’ van de nieuwe architectuur in enig detail onderzoeken, gebaseerd op het materiaal dat is voorbereid door onze collega's van AnandTech.

Een significant verschil met eerdere architecturen was de opkomst van een micro-op-cache. De Bulldozer-architectuur voorzag niet in deze cache, maar in plaats daarvan werden de details voor het implementeren van veelgebruikte microbewerkingen uit andere caches gehaald. Intel gebruikt dergelijk cachegeheugen al verschillende generaties processors, en de verschijning van deze cache in AMD-processors belooft hen alleen maar een toename van de werksnelheid. Helaas is de grootte van de cache voor micro-operaties nog niet gespecificeerd, maar er wordt gezegd dat deze “groot” is.

Klik om te vergroten

AMD ging niet dieper in op de mechanismen van de decoder en specificeerde alleen dat Zen-processors “verbeterde vertakkingsvoorspelling” zullen ontvangen, en dat de processors zelf vier instructies per klokcyclus kunnen decoderen en deze uit de bewerkingswachtrij kunnen laden. Deze wachtrij kan, met behulp van de cache voor microbewerkingen, zes bewerkingen per cyclus in de planner laden. Het zal mogelijk zijn om een ​​groter aantal bewerkingen per cyclus te laden als de decoder een commando kan geven, dat vervolgens in twee microcommando's wordt verdeeld. De micro-op-wachtrij kan geheeltallige (INT) en drijvende-kommabewerkingen (FP) afzonderlijk verwerken. Dat wil zeggen dat AMD afzonderlijke planners zal gebruiken, terwijl Intel een gemeenschappelijke INT/FP-planner gebruikt.

Het gehele deel (INT) is verantwoordelijk voor het afhandelen van bewerkingen in rekenkundige logische eenheden (ALU's) en voor het laden en opslaan van instructies in adresgeneratie-eenheden (AGU's). De AGU kan per cyclus twee keer 16 bytes laden en één opslag van 16 bytes uitvoeren met behulp van 32 KB 8-weg multi-associatieve L1 terugschrijfcache. Processoren van de vorige generatie gebruikten een doorschrijfcache, wat aanzienlijke vertragingen veroorzaakte bij het verwerken van delen van de code. AMD beweert ook dat laad-/opslagbewerkingen een aanzienlijk lagere latentie binnen caches zullen hebben in vergelijking met voorgangers.

Het FP-gedeelte omvat twee vermenigvuldigers (MUL) en een opteller (ADD), die gelijktijdige verwerking mogelijk maken van twee opdrachten voor vermenigvuldiging en optelling met enkele afronding (FMAC), en één 256-bits AVX-opdracht per cyclus. De combinatie van de INT- en FP-onderdelen geeft aan dat AMD "grote" kernen in Zen heeft gemaakt en veel parallelle berekeningen op instructieniveau zal gebruiken. Hoe goed dit in de praktijk zal werken, hangt af van de cache- en sequentieherstelbuffers, omdat er nog geen nauwkeurige gegevens over buffers bestaan.

Het cache-apparaat heeft ook veranderingen ondergaan in de Zen-architectuur. Het volume en de associativiteit van de datacache op het eerste niveau (L1-D) zijn verdubbeld in vergelijking met de Bulldozer-architectuur. De instructiecache op het eerste niveau (L1-I) in de nieuwe architectuur is niet verdeeld over de twee kernen en heeft een verdubbelde associativiteit, waardoor het aantal missers wordt verminderd. AMD zegt ook dat zowel de L1-D- als de L1-I-cachelatentie zijn verminderd.

Elke core heeft 512 KB second-level (L2) cache en heeft 8-voudige associativiteit, wat twee keer zoveel is als Intel Skylake-processors (256 KB/core en 4 kanalen). Wat de cache op het derde niveau (L3) betreft, bestaat er enige onzekerheid. Op de dia wordt duidelijk vermeld dat de L3-cachegrootte 8 MB is, maar wordt niet gespecificeerd voor hoeveel cores deze cache is ontworpen. Volgens onofficiële gegevens zullen Zen-processors met 8 cores twee sets van 8 MB L3-cache ontvangen, bedoeld voor elke vier cores. Dat wil zeggen dat één core 2 MB 16-kanaals L3-cache zal hebben, maar de processor zal feitelijk geen gedeelde LLC-cache hebben, zoals geïmplementeerd door Intel. Dit zou de single-thread-prestaties mogelijk kunnen verbeteren, maar zou het de multi-thread-prestaties verminderen? Merk op dat AMD een vijfvoudige toename van de cachedoorvoer belooft in vergelijking met eerdere architecturen.

Ook in de nieuwe architectuur heeft AMD de kwestie van het stroomverbruik onder de loep genomen. Er wordt gemeld dat in de eerste plaats het vrij lage stroomverbruik van Zen-processors zal worden verzekerd door het gebruik van het 14-nm FinFET-proces. Om het energieverbruik te verminderen en de operationele efficiëntie te verbeteren, werden bovendien enkele methoden en technologieën (aangepast en verbeterd) gebruikt die zich hadden bewezen in Carrizo- en Bristol Ridge-processors voor laptops.

Klik om te vergroten

AMD-ontwikkelaars merken op dat agressieve Clock-gating (die de toevoer van kloksignalen naar ongebruikte delen van de processor verbiedt), write-back cache op het eerste niveau, het gebruik van een “groot” volume micro-operation cache en andere architectonische innovaties bijdragen aan het verminderen van stroomverbruik.

Het is al lang bekend dat elke Zen-processorkern twee threads of gelijktijdige multithreading (SMT) ondersteunt. De grootste moeilijkheid bij het implementeren van deze technologie is dat threads elkaar niet mogen blokkeren, waardoor de volledige cache en buffers worden geladen. Dit is waar de eigen L2-cache van elke core van pas komt, de scheiding van INT- en FP-blokken en andere functies zorgen ervoor dat je de belasting gelijkmatig kunt verdelen zonder een conflict tussen threads te creëren.

Een blok verwijderd van de plek waar momenteel de jaarlijkse IDF 2016-conferentie plaatsvindt, organiseerde AMD zijn eigen kleine evenement, waar het geselecteerde vertegenwoordigers van de media en analisten uitnodigde. Het is gemakkelijk te raden dat het belangrijkste en enige onderwerp van AMD’s ‘privéfeest’ de Zen-microprocessorarchitectuur was.

AMD, vertegenwoordigd door directeur Lisa Su, maakte dus duidelijk dat alles in orde is met de langverwachte Zen-processors, dat de verzending van beperkte hoeveelheden chips naar partners al is begonnen en dat de komst van AMD Zen-desktopprocessors (codenaam Summit Ridge ) in de winkelschappen wordt in het eerste kwartaal van volgend jaar verwacht. Interessant is dat het bedrijf zich rechtstreeks richt op het high-end desktopprocessorsegment, terwijl de huidige AMD-chips meer geschikt zijn voor gebruik in budgetsystemen.

"We zijn gefocust op processors en graphics voor krachtige systemen", zei AMD-CEO Lisa Su voordat hij de recente prestaties van het bedrijf opsomde.

Onder deze prestaties bevonden zich de levering van chips voor de PlayStation 4- en Xbox One-gameconsoles (evenals de One S en het komende Project Scorpio), evenals de release van de ongelooflijk krachtige Radeon RX480 grafische kaart, die slechts $ 200 kostte.

Vervuld van trots op zijn werk begon de hoofdingenieur van het bedrijf, Mark Papermaster, de belangrijkste sterke punten van processors op basis van de Zen-architectuur op te sommen. Hij merkte op dat de architectuur ‘vanaf de grond af’ is ontwikkeld met de nadruk op ‘prestaties, doorvoer en energie-efficiëntie’. Het aantal instructies per klok (IPC) dat door de microprocessor wordt uitgevoerd, is met 40% toegenomen in vergelijking met de huidige generatie modellen. Tegelijkertijd daalde het energieverbruik (hoeveel precies wordt niet gespecificeerd). Dit werd bereikt dankzij een 14nm-procestechnologie die gebruik maakt van verticale poorttransistors (FinFET - Fin Field Effect Transistor), ook wel bekend als transistors met een driedimensionale poortstructuur of 3D-transistors. AMD is er eindelijk ook in geslaagd om ondersteuning te introduceren voor SMT multi-threaded dataverwerkingstechnologie, die ervoor zorgt dat instructies van verschillende onafhankelijke threads tegelijkertijd door verschillende functionele modules worden uitgevoerd.

“Als kleinste speler zijn we verplicht sneller te zijn, te demonstreren O grotere flexibiliteit en vindingrijkheid”, aldus Papermaster.

Terwijl het bedrijf zich verdiepte in de technische details van de AMD Zen-microarchitectuur, noemde het een toename in de plannersnelheid (x1,75) en een toename in computerbronnen (x1,5), 8 MB L3-cache en 512 KB L2-cache per core. Merk op dat AMD een vijfvoudige toename van de cachedoorvoer belooft in vergelijking met de vorige Excavator-architectuur.

Voor de gemiddelde consument betekenen al deze cijfers een hoger prestatieniveau bij het uitvoeren van arbeidsintensieve taken (lees: het afspelen van 4K-video, games inclusief VR) en een lager energieverbruik, dat wil zeggen een grotere autonomie van mobiele pc's. Op papier ziet alles er geweldig uit en lijkt het echt op dezelfde sprong die AMD in staat zal stellen om, zo niet in te halen, dan op zijn minst gelijk te zijn aan Intel, hoewel er nog veel parameters te bezien zijn. Er zijn bijvoorbeeld geen gegevens over thermisch vermogen waarmee de energie-efficiëntie kan worden beoordeeld. En natuurlijk is AMD nog niet klaar om te praten over werkfrequenties en prijzen. Mark Papermaster heeft beloofd tijdens de komende Hot Chips-conferentie meer technische details over de Zen-architectuur te onthullen.

De eerste AMD-processor op basis van de Zen-microarchitectuur zal een desktopmodel zijn met de codenaam Summit Ridge. Het zal acht processorkernen hebben en maximaal zestien opdrachtthreads tegelijkertijd kunnen uitvoeren. De processor is ontworpen voor installatie in de AM4-processorsocket en ondersteunt DDR4-geheugen en de volgende generatie I/O-interfaces.

Ook in andere segmenten heeft het bedrijf hoge verwachtingen van de Zen-architectuur. Met name verwacht het bedrijf terug te keren naar het meer winstgevende serversegment. De serverprocessors, met de codenaam Naples, zullen 32 cores hebben en tot 64 instructiethreads kunnen verwerken. Ze zullen beschikbaar zijn vanaf het tweede kwartaal van 2017. In de toekomst zullen Zen-processors worden gebruikt in converteerbare mobiele pc's met een passief koelsysteem en ingebouwde technologie. AMD werkt overigens al hard aan zijn opvolger: de Zen+-architectuur.

De presentatie omvatte ook een live demonstratie van de mogelijkheden van AMD's Summit Ridge-processors. Het bedrijf zette een technisch exemplaar van de 8-core Summit Ridge-processor tegenover een concurrerende 8-core Intel Core i7-6900K (Broadwell-E) processor. Ter vergelijking hebben we testtools gebruikt voor 3D-modelleringssoftware Blender. Het technische exemplaar van de 8-core Summit Ridge-processor draaide op 3 GHz, dus de werkfrequentie van de Intel Core i7-6900K werd ook teruggebracht tot 3 GHz. Dit werd gedaan om de kansen van de concurrerende partijen gelijk te maken. Het systeem gebaseerd op de AMD Summit Ridge processor wist de scène een halve seconde sneller weer te geven dan zijn concurrent op de Intel Core i7-6900K. De presentatie bevatte ook een demo van AMD Summit Ridge en AMD R9 Fury X die samenwerken in Deux Ex: Mankind Divided met een grafische resolutie van 4K. Uiteraard kregen de aanwezigen niet het exacte aantal frames per seconde te zien dat door het systeem werd geproduceerd, maar over het algemeen verliep de game soepel.

De hoofdanalist van het onderzoeksbedrijf Tirias Research, die de presentatie kon bijwonen, noemde AMD Summit Ridge “de meest interessante processor van het bedrijf in de afgelopen 10 jaar.”