8. októbrath,2020 Spoločnosť AMD oznámila, že predstavuje úplne nové stolové procesory série Ryzen 5000 založené na architektúre Zen 3. Toto oznámenie bolo jedným z najočakávanejších oznámení o hardvéri pre PC tohto roku. Už od uvedenia pôvodnej architektúry Zen na trh v roku 2017 je AMD na strmej trajektórii smerom nahor, pokiaľ ide o každoročné architektonické vylepšenia. Tento rok tomu nebolo inak, keď spoločnosť AMD tvrdila, že ponúkne najväčší generačný skok v histórii procesorov Ryzen. Čím je táto nová architektúra taká špeciálna? Poďme sa hlboko ponoriť do architektonických vylepšení, ktoré prináša Zen 3.
Spoločnosť AMD predstavila svoju architektúru Zen 3 8. októbra 2020 - Obrázok: Wccftech
Základy zenovej architektúry
Procesory AMD Ryzen používajú jedinečný dizajn, ktorý sa veľmi líši od toho, čo používa ich hlavný konkurent Intel vo svojich stolových procesoroch. Procesory Ryzen sú v skutočnosti založené skôr na viacerých malých čipoch, ako na veľkom singulárnom čipe. Tieto rôzne chiplety navzájom komunikujú prostredníctvom spojenia známeho ako „Infinity Fabric“. AMD popisuje štruktúru Infinity ako nadmnožinu hyper transportu, ktorá umožňuje rýchle pripojenie medzi rôznymi chipletmi v procesoroch AMD. To znamená, že namiesto jedného čipu je na substráte niekoľko malých chipletov, ktoré medzi sebou komunikujú prostredníctvom rýchleho spojenia.
Tento dizajn má svoje klady a zápory. Najväčšou výhodou je škálovateľnosť. Návrh chiplet znamená, že AMD dokáže zabaliť viac jadier do menšieho balenia, čo umožňuje vysoké možnosti počtu jadier dokonca aj v segmente rozpočtu trhu s procesormi. Hlavnou nevýhodou tohto dizajnu je latencia. Jadrá sú od seba fyzicky oddelené, čo zavádza o niečo väčšiu latenciu v dôsledku času potrebného na cestu dát cez nekonečnú štruktúru. To znamená, že výkon v aplikáciách citlivých na latenciu, ako je napríklad hranie hier, je zvyčajne nižší ako v prípade jednočipových riešení spoločnosti Intel.
Implementácia Zen 2
Procesory série Ryzen 3000 zaznamenali obrovský úspech na bežnom trhu so stolnými počítačmi. Tieto CPU boli založené na architektúre Zen 2 postavenej na 7nm procese TSMC, ktorá mala niekoľko veľmi zaujímavých vylepšení v dizajne architektúry Zen. Zen 2 skombinoval jadrá CPU do komplexov Core po 4 kusoch, pričom tiež rozdelil fond 32 MB L3 Cache na dva menšie fondy po 16 MB cache. Tieto základné komplexy (CCX) boli základom rady procesorov Zen 2. Každý 4-jadrový komplex mal okamžitý prístup k 16 MB medzipamäte L3, čo bolo dôležité pre zlepšenie latencie. To znamenalo, že Zen 2 bol veľmi konkurenčný spoločnosti Intel v aplikáciách citlivých na latenciu, ako je napríklad hranie hier, zatiaľ čo výrazne prekonal Intel v oblasti viacvláknových pracovných úloh.
Rôzne jednotky CCX bolo ešte potrebné vzájomne prepojiť cez Infinity Fabric, takže sa ešte dalo čakať s určitou latenciou. Napriek tomu Zen 2 ponúkol oproti Zen + vylepšenie o 15% IPC (Instructions Per Clock) a pochválil sa tiež vyššími hodinami jadra. Táto generácia bola pre AMD dôležitá, pretože teraz sa vrátili späť do konkurencie so spoločnosťou Intel a vďaka svojej rýchlej inovácii a spokojnosti spoločnosti Intel majú obrovský potenciál na zlepšenie.
Procesory Ryzen 3000 na báze AMD Zen 2 používali dizajn s viacerými CCX - Obrázok: Hexus
Ciele pre Zen 3
Spoločnosť AMD sa vydala na vývoj Zen 3 s veľmi jasným cieľom. Keďže už dominujú na viacvláknovej stránke konkurencie, jedinou oblasťou, v ktorej stále trochu zaostávajú za Intelom, je hranie. Rovnako dobrý, ako bol Zen 3, nemohol ukradnúť hernú korunu spoločnosti Intel kvôli dizajnu modrého tímu, ktorý ponúka extrémne vysoké rýchlosti hodín a nízku latenciu. Pre čistých hráčov, ktorí chcú čo najvyššiu rýchlosť snímkovania, bola odpoveďou stále Intel. Ciele spoločnosti AMD pre túto generáciu boli preto jasné:
- Zlepšite latenciu od jadra k jadru
- Zvýšte rýchlosť základných hodín
- Zvýšiť počet inštrukcií za hodinu (IPC)
- Zvýšte účinnosť (vyšší výkon na watt)
- Zvýšte výkon s jedným vláknom
Ak vezmeme do úvahy, že Zen 2 už bol veľmi solídnym hráčom vo viacjadrových aplikáciách, bolo pre AMD ľahké zamerať sa takmer výlučne na výkon s jedným vláknom pre túto generáciu procesorov.
Vylepšenia Zen 3
Spoločnosť AMD hovorila o svojich nových procesoroch a architektúre Zen 3 vo svojom živom streame „Where Gaming Begins“ 8. októbrath. AMD tvrdí, že Zen 3 je najväčší generačný skok v histórii architektúry Zen. Nové procesory Ryzen 5000 sú stále založené na 7nm procese TSMC, ale pod kapotou sa môžu pochváliť veľkým počtom architektonických vylepšení.
8-jadrový komplexný dizajn
Pravdepodobne najväčším vylepšením novej architektúry bolo úplne nové usporiadanie. Spoločnosť AMD skončila s designom Zen 2 s viacerými CCX a namiesto toho použila jediný 8-jadrový komplexný dizajn, v ktorom má všetkých 8 jadier prístup k celých 32 MB medzipamäte L3. Tento redizajn má obrovské dôsledky na aplikácie citlivé na latenciu, ako sú hry.
Vďaka prepracovanému 8-jadrovému komplexu je teraz k dispozícii celá 32 MB L3 cache pre každé jadro - Obrázok: AMD
S každým jadrom v priamom kontakte s vyrovnávacou pamäťou a ostatnými jadrami výrazne zlepšuje latenciu, pretože dáta nemajú kríž cez celú matricu, aby sa dostali z jednej strany na druhú. Tento redizajn tiež zlepšuje efektívnu latenciu pamäte čipu, čo má za následok zvýšený výkon úloh s jedným vláknom.
Vylepšenie IPC
Vylepšené rozloženie komplexu jadier nie je jediným vylepšením, ktoré Zen 3 prináša. Spoločnosť AMD požaduje oproti Zen 2 19% zlepšenie IPC, čo je obrovská hodnota. IPC alebo Pokyny na hodinu sú údajom o tom, koľko práce môže procesor vykonať za taktovací cyklus. Zlepšenie o 19% je najväčší skok, aký sme v IPC videli od čias, keď bol Ryzen prvýkrát uvedený na trh v roku 2017. Predchádzajúca generácia procesorov Zen 2 priniesla oproti architektúre Zen + tiež dosť masívne 15% zlepšenie IPC.
Toto vylepšenie IPC znamená, že AMD môže konkurovať nebeským jadrovým hodinám spoločnosti Intel dokonca tak, že zostane pod 5 GHz, pokiaľ ide o zosilňovacie hodiny. Spoločnosť AMD tiež načrtla prispievateľov k tomuto masívnemu zvýšeniu IPC. Podľa propagačného materiálu sú to hlavné faktory, ktoré prispievajú:
Vylepšenie o 19% IPC je zatiaľ najväčší generačný skok AMD - Obrázok: AMD
- Predbežné načítanie medzipamäte
- Vykonávací modul
- Prediktor pobočky
- Micro-op Cache
- Frontend
- Načítať / uložiť
Zvýšená efektívnosť
Vďaka neuveriteľnej hustote 7nm procesu TSMC dokázala AMD vtesnať do čipov Ryzen ešte viac energie pri zachovaní rovnakého priemerného príkonu. AMD tvrdí, že čipy série Ryzen 5000 sú postavené na rovnakom 7nm postupe ako série 3000, avšak proces bol prepracovaný a výsledné čipy sú tak efektívnejšie.
Vďaka pôsobivému zlepšeniu výkonu na 2,4 W, výkon AMD ešte stále udržuje kontrolu nad odberom energie - Obrázok: AMD
Spoločnosť AMD tiež odvážne tvrdila, že modely Ryzen 9 5900X a 5950X budú spotrebovať rovnaké množstvo energie ako tablety 3900X poslednej generácie a 3950X, a to aj napriek tomu, že majú vyššie podporované hodiny a vylepšené IPC. Propagačný materiál spoločnosti AMD uvádzal vylepšenie „2,4-násobný výkon na watt“ oproti pôvodnej architektúre Zen. Toto číslo zodpovedá nárokom spoločnosti AMD na príkon 5900 X a 5950 X, pretože teraz majú vyššie hodiny, ale stále majú rovnaké čísla TDP ako ich predchodcovia.
Rafinovaný kremík, vyššie hodiny
Na konci životnosti série Ryzen 3000 vydala spoločnosť AMD aktualizáciu, ktorá do série pridala 3 procesory so značkou „XT“. Ryzen 5 3600XT, Ryzen 7 3800XT a Ryzen 9 3900XT boli úplne rovnaké procesory ako základné modely, ale s vyššou taktom. Na konci životnosti produktu výrobný proces dozrie a kvalita kremíka sa zlepší. To znamená, že kremík produkuje CPU, ktoré sa môžu zvyšovať vyššie a držať hodiny dlhšie. Presne takýmto spôsobom sa stala možná zostava procesorov XT.
Vďaka procesorom Zen 3 použila spoločnosť AMD ten istý zrelý výrobný proces a silnejší kremík na zostavenie procesorov série 5000 na rovnakom uzle 7 nm. To spoločnosti AMD umožnilo posunúť zosilňovacie hodiny oveľa vyššie ako dokonca aj série XT minulej generácie. Hodiny s vyšším zosilnením, spojené s vyššou úrovňou IPC a redizajnom rozloženia jadra znamenali, že AMD bola pripravená vyrovnať sa s výzvou výkonu s jedným vláknom. Inzerované rýchlosti hodín 4 procesorov série Ryzen 5000 sú nasledujúce:
Inzerované špecifikácie pre procesory rady 3 Ryzen 5000 - Obrázok: AMD
- AMD Ryzen 5 5600X: 3,7 GHz základná, 4,6 GHz zosilnená
- AMD Ryzen 7 5800X: 3,8 GHz Base, 4,7 GHz Boost
- AMD Ryzen 9 5900X: 3,7 GHz základňa, 4,8 GHz zosilnenie
- AMD Ryzen 9 5950X: 3,4 GHz základ, 4,9 GHz Boost
Výhody návrhu Chiplet
Existuje veľa faktorov, ktoré spoločnosti AMD umožnili urobiť taký zásadný medzigeneračný skok. Jedným z najväčších je dizajn samotných čipov, konkrétne rozloženie procesora „Chiplet Style“. Tento dizajn ponúka mnoho kľúčových výhod, pokiaľ ide o generačné vylepšenia:
- Škálovateľnosť: Vzhľadom na to, že jadrá sú usporiadané vo vnútri chipletov na substráte, je možné, že AMD vloží viac jadier do podobného balenia bez rizika prehriatia. Konkurenčný dizajn spoločnosti Intel umiestňuje všetky jadrá veľmi blízko pri sebe, čo môže mať pri nesprávnej konfigurácii zásadné problémy s tepelnou ochranou. AMD na druhej strane úspešne používa tento chiplet dizajn na výrobu 6-jadrových, 8-jadrových, 12-jadrových a dokonca 16-jadrových procesorov na bežnej desktopovej platforme. To znamená, že AMD si vďaka tomuto dizajnu vytvorilo dominanciu počtu jadier.
- Ľahkosť vývoja: Ďalšou veľkou výhodou tohto dizajnu je zjavne ľahký vývoj. Počas procesu vývoja architektúry Zen 3 AMD použilo úplne rovnaký základný dizajn ako Zen 2 a potom ho upravilo. To znamenalo, že dizajn bol už do istej miery dotiahnutý do dokonalosti a pre AMD bolo ľahké sa zlepšiť v kľúčových oblastiach, na ktoré sa zameriavali.
- Súbežný vývoj 5 nm: AMD tiež poukázalo na to, že boli na dobrej ceste aj ich budúce plány pre procesory Ryzen založené na 5nm architektúre. Je to preto, že architektúra dizajnu chiplet umožňuje spoločnosti AMD súčasne spúšťať viac vývojových prúdov. Spoločnosť AMD bola presvedčená, že ich 5nm proces dorazí presne podľa plánu, rovnako ako to urobili architektúry Zen 3 a Zen 2 založené na 7nm procese.
AMD tvrdí, že jeho 5nm proces je tiež v dizajne - Obrázok: AMD
očakávané výsledky
Procesory série Ryzen 5000 na báze Zen 3 sľubujú, že budú lídrami v odbore nielen v oblasti viacvláknového pracovného zaťaženia, ale aj v hrách. Prvýkrát od roku 2006 AMD oficiálne zosadilo z trónu Intel v snahe o absolútne najlepší herný výkon (podľa tvrdení AMD). Spoločnosť AMD tiež tvrdila, že má najvyššiu výkonnosť s jedným vláknom spomedzi všetkých desktopových čipov s procesorom Ryzen 9 5950X, za ktorým nasleduje hneď procesor Ryzen 9 5900X. Pozrime sa na očakávané výsledky architektonických vylepšení, ktoré prináša Zen 3.
Vedenie v hrách
Vďaka ohromnému zlepšeniu IPC o 19%, vyšším hodinám jadra a prepracovanému komplexnému systému jadier urobila spoločnosť AMD v tejto generácii obrovský skok v hernom výkone. Zatiaľ čo Zen 2 bol primerane konkurencieschopný s ponukami spoločnosti Intel, Zen 3 plánuje jednoznačne poraziť Intel vo všetkých herných úlohách. AMD tvrdí, že Ryzen 9 5900X je v hrách v priemere asi o 26% rýchlejší ako Ryzen 9 3900X. Je to obrovský skok, ktorý je možné urobiť iba za jednu generáciu.
AMD navyše tvrdilo, že Ryzen 9 5900X je v hraní rýchlejší ako Core i9-10900K. To je obrovská správa pre fanúšikov AMD a pre všeobecných nadšencov počítačov. To teraz znamená, že najlepšie procesory AMD porazili najlepšie procesory Intel v herných aj viacjadrových aplikáciách. Nepomáha prípad spoločnosti Intel, že sú stále uviaznutí na archaickej 14nm architektúre a ich procesory Rocket-Lake novej generácie tiež sa hovorí o 14nm. Medzitým AMD strieľa zo všetkých valcov so svojimi 7nm ponukami v Zen 2 a Zen 3 a súčasne pracuje aj na 5nm plánoch, ktoré sú zjavne tiež na trati. To môže mať vážne dôsledky na podiel procesorov Intel na trhu s procesormi CPU.
Procesory série AMD Ryzen 5000 sú v hraní rýchlejšie ako ponuky spoločnosti Intel - Obrázok: AMD
Vylepšený výkon s jedným vláknom
AMD má už istý čas lepší výkon viacerých jadier, čo sa však nemusí nevyhnutne prejaviť na lepšom hernom výkone, pretože moderné hry nevyužívajú efektívne všetky jadrá. Mnoho hier má dominantné vlákno, ktoré sa často nazýva „vlákno sveta“, ktoré sa najviac využíva. Svetové vlákno je mimoriadne citlivé na latenciu a výkon jedného jadra. Vďaka architektonickému prepracovaniu spoločnosti AMD sa latencia výrazne znížila, čím sa masívne zlepšil výkon tohto dominantného vlákna. Toto umožnilo spoločnosti AMD dostať sa do čela hráčskych scenárov.
To tiež znamená, že výkonnosť jedného vlákna AMD je teraz výrazne lepšia ako výkon Intel. V skutočnosti spoločnosť AMD predviedla pôsobivé jednojadrové skóre Cinebench na 640 pre Ryzen 9 5950X, ktoré bolo tesne nasledované skóre 631 na Ryzen 9 5900X. Tieto vylepšenia sú možné aj vďaka redizajnu komplexu architektonického jadra, zníženej latencii a vyšším zosilňovacím hodinám architektúry Zen 3. Prečítajte si viac o výkone procesorov s jedným vláknom procesorov série Ryzen 5000 v tento článok.
AMD Ryzen 9 5900X má v Cinebench rekordné jednojadrové skóre 631 - Obrázok: AMD
Ešte vyšší výkon s viacerými závitmi
Pokračujúc v dominancii nad segmentom výkonu s viacerými vláknami, spoločnosť AMD opäť predviedla pôsobivé čísla pre svoje procesory série Ryzen 5000 založené na Zen 3. Najmä 12-jadrové Ryzen 9 5900X a Ryzen 9 5950X majú bezkonkurenčný výkon v jadrovo náročnom pracovnom zaťažení. Spoločnosť AMD tiež urobila nejaké vylepšenia pod kapotou, vďaka čomu mohla byť model 5950X vôbec najrýchlejším stolovým procesorom aj pre prácu s CAD. AMD to považovalo za najlepší herný procesor A za najlepší procesor na tvorbu obsahu a je ťažké s týmto tvrdením polemizovať. Spoločnosť AMD tvrdila o 12% vyšší výkon pri vykresľovaní pracovných záťaží nad 3950X. Vďaka tomu je tento procesor absolútnou šelmou pre tých, ktorí sa usilujú o to najlepšie, čo desktopové počítače ponúkajú.
Alarmové zvony pre Intel?
Niet pochýb o tom, že AMD vylepšuje svoju rad procesorov Ryzen takmer oslepujúcou rýchlosťou. Ponúkli obrovské vylepšenia výkonu z generácie na generáciu a sľuby Zen 3 budú zatiaľ ich najväčším skokom. Zatiaľ čo procesory série Ryzen 3000 ponúkali vynikajúcu hodnotu, pokiaľ ide o počet jadier a ceny, v jednom hlavnom pracovnom nasadení stále zaostávali za spoločnosťou Intel: Gaming. Spoločnosť AMD si vybudovala silné vedenie takmer vo všetkých ostatných aspektoch trhu so stolnými počítačmi, či už ide o vykresľovanie, kódovanie, produkciu videa alebo streamovanie. Potrebovali však predbehnúť spoločnosť Intel v oblasti hier, aby boli skutočne nespochybniteľným najlepším procesorom vo svojej triede.
Vďaka úžasnému architektonickému dizajnu procesorov Ryzen, 7nm procesu TSMC a vynikajúcemu plánovaniu a realizácii vývojovým tímom AMD to nakoniec dokázali so Zen 3. Toto uvedenie na trh musí znieť zvonením poplachu v sídle spoločnosti Intel. Intel je obrovská spoločnosť a neexistuje spôsob, ako by na to nereagovali, ale čo sa týka rýchlosti vývoja, určite zaostali za AMD. Hlavnou prekážkou, ktorú musí spoločnosť Intel prekonať, je jej 14nm starý proces, ktorý používa od čias Skylake.
Architektonický plán spoločnosti Intel - Obrázok: Wccftech
Spoločnosť Intel mala so svojím 10nm procesom dobre zdokumentované problémy, a preto zatiaľ nie sú schopní zaviesť desktopové čipy založené na tejto architektúre. Príliv sa však môže meniť čoskoro, keď Intel úspešne vydá svoje nedávne CPU notebookov s kódovým označením „Tiger Lake“, ktoré sú založené na 10nm architektúre. Tieto čipy pre notebooky ponúkajú oproti minulej generácii veľké vylepšenia vo výkone aj efektívnosti a je pravdepodobné, že spoločnosť Intel bude pravdepodobne pracovať na prenose tohto procesu na stolné procesory. Ak sa spoločnosti Intel podarí získať funkčnosť ich 10nm procesu, budú nasledujúce roky pre nadšencov výkonu procesora veľmi zaujímavé.
