שיפורים אדריכליים של AMD Zen 3: הוסבר

ב- 8 באוקטובר^ה,2020 AMD הכריזה שהיא מעבדים שולחניים חדשים מסדרת Ryzen 5000 המבוססים על ארכיטקטורת Zen 3. הכרזה זו הייתה אחת ההכרזות הצפויות ביותר על חומרת המחשב של השנה. מאז השקתה של ארכיטקטורת הזן המקורית בשנת 2017, AMD נמצאת במסלול תלול כלפי מעלה מבחינת שיפורים אדריכליים שנתיים. השנה לא הייתה שונה, כאשר AMD טענה כי היא מציעה את קפיצת הדור הגדולה ביותר בתולדות מעבדי Ryzen. מה הופך את האדריכלות החדשה הזו למיוחדת כל כך? בואו נצלול עמוק לשיפורים האדריכליים שמביאה Zen 3.

AMD חשפה את ארכיטקטורת ה- Zen 3 שלה ב- 8 באוקטובר 2020 - תמונה: Wccftech

יסודות ארכיטקטורת הזן

מעבדי Ryzen של AMD משתמשים בעיצוב ייחודי השונה מאוד ממה שהמתחרה העיקרי שלהם אינטל משתמש במעבדי שולחן העבודה שלהם. מעבדי Ryzen מבוססים למעשה על מספר רב של שבבים קטנים, ולא על שבב יחיד גדול. שבבים שונים אלה מתקשרים זה עם זה באמצעות חיבור המכונה 'בד האינסוף'. AMD מתארת ​​את מארג האינפיניטי כסופר-העל של היפר-טרנספורמציה המאפשרת קישוריות מהירה בין שבבים שונים במעבדי AMD. משמעות הדבר היא כי במקום שבב בודד, ישנם מספר שבבים קטנים על המצע המתקשרים זה עם זה באמצעות קישור מהיר.

עיצוב זה מגיע עם היתרונות והחסרונות שלו. היתרון הגדול ביותר הוא מדרגיות. תכנון של שבבים פירושו ש- AMD יכולה לארוז יותר ליבות לחבילה קטנה יותר, ובכך לאפשר אפשרויות לספירת ליבה גבוהה אפילו בפלח התקציב בשוק המעבדים. החיסרון העיקרי של עיצוב זה הוא חביון. הליבות מופרדות פיזית זו מזו, מה שמכניס חביון קצת יותר בגלל הזמן שנדרש לנתונים לעבור על פני מארג האינסוף. המשמעות היא שביצועים ביישומים הרגישים לחביון כמו משחק הם בדרך כלל נמוכים יותר מתכנון שבב יחיד של אינטל.

יישום זן 2

מעבדי סדרת Ryzen 3000 זכו להצלחה אדירה בשוק שולחנות העבודה המרכזיים. מעבדים אלה התבססו על ארכיטקטורת Zen 2 שנבנתה על תהליך 7nm של TSMC, שהיו לו כמה שיפורים מעניינים מאוד בעיצוב ארכיטקטורת הזן. Zen 2 שילב את ליבות המעבד לקומפלקסי ליבה של 4 כל אחד, תוך שהוא מחלק את מאגר המטמון L3 32MB לשתי בריכות קטנות יותר של 16MB מטמון כל אחת. מתחמי ליבה אלה (CCX) היו הבסיס למערך המעבדים של Zen 2. לכל מתחם בעל 4 ליבות הייתה גישה מיידית ל- 16MB של מטמון L3 שהיה חשוב לשיפור ההשהיה. פירוש הדבר ש- Zen 2 היה תחרותי מאוד לאינטל ביישומים רגישים לחביון כמו משחק, בעוד שהם מביאים ביצועים גבוהים יותר מאינטל בעומסי עבודה מרובי הליכות.

יחידות ה- CCX השונות עדיין היו צריכות להיות מחוברות זו לזו באמצעות אינפיניטי בד, כך שעדיין ניתן היה לצפות לחביון מסוים. עם זאת, Zen 2 הציעה שיפור של 15% ב- IPC (הוראות לפי שעון) בהשוואה ל- Zen + וגם התהדרה בשעוני ליבה גבוהים יותר. הדור הזה היה חשוב עבור AMD מכיוון שעכשיו הם צברו את דרכם לתחרות עם אינטל, ויש להם פוטנציאל אדיר לשיפור בשל החדשנות המהירה שלהם ואננותו של אינטל.

מעבדי סדרת Ryzen 3000 המבוססים על AMD Zen 2 השתמשו בתכנון רב CCX - תמונה: Hexus

יעדי Zen 3

AMD יצאה לפתח את Zen 3 עם מטרה מאוד ברורה. מכיוון שהם כבר שולטים בצד המרובה של התחרות, התחום היחיד שבו הם עדיין פינוקים מעט אחרי אינטל הוא המשחק. טוב כמו ש- Zen 3 היה, הוא לא יכול היה לגנוב את כתר המשחקים מאינטל בגלל העיצוב של הצוות הכחול שמציע מהירויות שעון גבוהות במיוחד וחביון נמוך. עבור גיימרים טהורים שרוצים את המסגר הגבוה ביותר האפשרי, התשובה הייתה עדיין אינטל. לכן, היעדים של AMD לדור זה היו ברורים:

• שפר את חביון הליבה-ליבה
• הגדל את מהירויות שעון הליבה
• הגדל הוראות לפי שעון (IPC)
• הגדל את היעילות (ביצועים גבוהים יותר לוואט)
• הגדל את הביצועים עם הברגה אחת

בהתחשב בכך ש- Zen 2 כבר היה שחקן יציב מאוד ביישומים מרובי ליבות, היה קל ל- AMD להתמקד כמעט אך ורק בביצועים עם הברגה אחת עבור דור זה של מעבדים.

שיפורי זן 3

AMD דיברה על המעבדים החדשים שלהם ועל ארכיטקטורת Zen 3 בשידור חי 'איפה המשחק מתחיל' ב 8 באוקטובר^ה. AMD טוענת כי זן 3 הוא קפיצת הדור הגדולה ביותר בתולדות ארכיטקטורת הזן. המעבדים החדשים של Ryzen 5000 עדיין מבוססים על תהליך 7nm של TSMC, אך מתהדרים במספר לא מבוטל של שיפורים אדריכליים מתחת למכסה המנוע.

עיצוב מורכב 8 ליבות

ניתן לטעון שהשיפור הגדול ביותר באדריכלות החדשה היה הפריסה החדשה לגמרי. AMD סיימה את העיצוב המרובה של CCX של Zen 2 ובמקום זאת עברה עם עיצוב מורכב של 8 ליבות, שבו לכל 8 הליבות יש גישה לכל 32MB של מטמון L3. לעיצוב מחדש זה השלכות עצומות ביישומים הרגישים לחביון כמו משחקים.

עם קומפלקס 8 ליבות שעוצב מחדש, המטמון כולו של 32 מגהבייט L3 זמין כעת לכל ליבה - תמונה: AMD

עם כל ליבה שנמצאת במגע ישיר עם המטמון ועם הליבות האחרות, זה משפר את ההשהיה באופן משמעותי מכיוון שלנתונים אין את הצלב של כל התמות כדי להגיע מצד לצד. תכנון מחודש זה משפר גם את חביון הזיכרון האפקטיבי של השבב, וכתוצאה מכך ביצועים מוגברים למשימות עם הברגה אחת.

שיפור IPC

הפריסה המשופרת של מתחם הליבה אינה השיפור היחיד ש- Zen 3 מביא. AMD טוענת שיפור של 19% ב- IPC ביחס ל- Zen 2 שהוא נתון עצום. IPC או הוראות לפי שעון מעידים על כמה עבודה המעבד יכול לעשות במחזור שעון. השיפור של 19% הוא הקפיצה הגדולה ביותר שראינו ב- IPC מאז שהושקה לראשונה Ryzen בשנת 2017. הדור הקודם של מעבדי Zen 2 הביא גם לשיפור IPC די מסיבי של 15% ביחס לאדריכלות ה- Zen +.

שיפור ה- IPC הזה פירושו כי AMD יכולה להתחרות בשעוני הליבה השמיים של אינטל על ידי אפילו להישאר מתחת ל -5 GHz במונחים של שעוני דחיפה. AMD תיארה גם את התורמים לגידול מסיבי זה ב- IPC. על פי חומר הקידום, הגורמים העיקריים התורמים הם:

שיפור של 19% ב- IPC הוא קפיצת הדור הגדולה ביותר של AMD עד כה - תמונה: AMD

• אחזור מטמון
• מנוע ביצוע
• מנבא ענף
• מטמון מיקרו-אופ
• חזיתי
• טען / חנות

יעילות משופרת

בשל הצפיפות המדהימה בתהליך 7nm של TSMC, AMD הצליחה לדחוס עוד יותר כוח לשבבי Ryzen תוך שמירה על אותה משיכת כוח ממוצעת. AMD טוענת כי שבבי סדרת Ryzen 5000 בנויים על אותו תהליך 7nm כמו סדרת 3000 אולם התהליך שוכלל והשבבים שהתקבלו יעילים יותר.

עם שיפור מרשים של ביצועים של 2.4X לוואט, AMD שמרה על משיכת החשמל בבדיקה - תמונה: AMD

AMD גם העלתה טענה נועזת כי Ryzen 9 5900X ו- 5950X יצרכו כמות זהה של כוח כמו 3900X ו- 3950X מהדור האחרון בהתאמה, למרות שיש להם שעוני דחיפה גבוהים יותר ו- IPC משופר. חומר הקידום של AMD ציטט שיפור 'ביצועים 2.4X לוואט' ביחס לארכיטקטורת הזן המקורית. מספר זה עולה בקנה אחד עם טענות AMD בדבר משיכת ההספק של 5900X ו- 5950X מכיוון שכעת יש להם שעונים גבוהים יותר אך עדיין יש אותם מספרי TDP כמו קודמיהם.

סיליקון מעודן, שעונים גבוהים יותר

בסוף החיים של סדרת Ryzen 3000, AMD שחררה רענון שהוסיף 3 מעבדים לסדרה עם המיתוג 'XT'. Ryzen 5 3600XT, Ryzen 7 3800XT ו- Ryzen 9 3900XT היו אותם מעבדים בדיוק כמו דגמי הבסיס אך ​​עם מהירויות שעון גבוהות יותר. בתום אורך חיי המוצר, תהליך הייצור נעשה בוגר ואיכות הסיליקון הופכת טובה יותר. משמעות הדבר היא שהסיליקון מייצר מעבדים שיכולים להשתפר גבוה יותר ולהחזיק את השעונים זמן רב יותר. כך בדיוק התאפשר מערך המעבדים XT.

עם מעבדי Zen 3, AMD השתמשה באותו תהליך ייצור בוגר ובסיליקון באיכות גבוהה יותר כדי לבנות את המעבדים מסדרת 5000 באותו צומת 7nm. זה איפשר ל- AMD לדחוף את שעוני הדחיפה הרבה יותר גבוהים אפילו מסדרת XT של הדור האחרון. שעוני דחיפה גבוהים יותר, יחד עם IPC גבוה יותר ועיצוב מחדש של פריסת הליבה גרמו לכך ש- AMD הייתה מוכנה להתמודד עם האתגר של ביצועים עם הברגה אחת. מהירויות השעון המפורסמות של 4 מעבדי סדרת Ryzen 5000 הן כדלקמן:

מפרט שפורסם עבור 3 המעבדים מסדרת Ryzen 5000 - תמונה: AMD

• AMD Ryzen 5 5600X: בסיס 3.7 GHz, Boost 4.6 GHz
• AMD Ryzen 7 5800X: בסיס 3.8 GHz, Boost 4.7 GHz
• AMD Ryzen 9 5900X: בסיס 3.7 GHz, Boost 4.8 GHz
• AMD Ryzen 9 5950X: בסיס 3.4 GHz, Boost של 4.9 GHz

יתרונות עיצוב צ'יפלטים

היו גורמים רבים שאיפשרו ל- AMD לבצע קפיצה כה משמעותית בין הדורות. אחד הגדולים שבהם הוא עיצוב השבבים עצמו, כלומר פריסת ה- 'Chiplet Style' של המעבד מת. עיצוב זה מציע יתרונות מרכזיים רבים בכל הנוגע לשיפורי דורות:

• מדרגיות: בשל העובדה כי ליבות מסודרות בתוך הצ'יפלטים על גבי המצע, AMD יכולה לדחוס ליבות נוספות לחבילה דומה ללא סכנת התחממות יתר. העיצוב המתחרה של אינטל ממקם את כל הליבות קרובות מאוד זו לזו אשר יכולות להיות בעיות תרמיות דרסטיות אם אינן מוגדרות כהלכה. AMD לעומת זאת הצליחה להשתמש בתכנון שבבים זה כדי לייצר מעבדים בעלי 6 ליבות, 8 ליבות, 12 ליבות ואפילו 16 ליבות בפלטפורמה השולחנית המרכזית. פירוש הדבר ש- AMD קבעה דומיננטיות של ספירת ליבות בשל תכנון זה.
• קלות פיתוח: יתרון גדול נוסף של עיצוב זה הוא ככל הנראה קלות הפיתוח שלו. במהלך תהליך הפיתוח של ארכיטקטורת Zen 3, AMD השתמשה באותו תכנון בסיס בדיוק כמו Zen 2 ואז שינתה אותו. פירוש הדבר שהעיצוב כבר השתכלל במידה מסוימת, וקל היה ל- AMD להשתפר בתחומי המפתח אליהם הם מכוונים.
• פיתוח מקביל של 5 ננומטר: AMD ציינה גם כי התוכניות העתידיות שלהם למעבדי Ryzen המבוססים על ארכיטקטורת 5nm היו גם כן במסלול. הסיבה לכך היא שארכיטקטורת עיצוב השבבים מאפשרת ל- AMD להפעיל מספר זרמי פיתוח במקביל. AMD הייתה בטוחה שתהליך 5nm שלהם יגיע בדיוק כמתוכנן, בדיוק כמו שהארכיטקטורות Zen 3 ו- Zen 2 מבוססות על תהליך 7nm.

AMD טוענת שתהליך 5nm שלה הוא גם בעיצוב - תמונה: AMD

תוצאות צפויות

מעבדי סדרת Ryzen 5000 המבוססים על Zen 3 מבטיחים להיות מובילי התעשייה לא רק בעומסי עבודה מרובי הליכי משנה אלא גם במשחקים. לראשונה מאז 2006, AMD הדיחה רשמית את אינטל במרוץ אחר ביצועי המשחק הטובים ביותר (על פי טענות AMD). AMD גם טענה שיש לה את הביצועים הגבוהים ביותר עם הברגה יחידה של כל שבב שולחני עם Ryzen 9 5950X, ואחריו צמוד Ryzen 9 5900X. בואו נסתכל על התוצאות הצפויות מהשיפורים האדריכליים שהביא Zen 3.

מנהיגות במשחקים

עם שיפור עצום של 19% ב- IPC, שעוני ליבה מוגדלים ומערכת מורכבת ליבה מחודשת, AMD עשתה קפיצת מדרגה ענקית בביצועי המשחק בדור זה. בעוד ש- Zen 2 היה תחרותי באופן סביר עם ההיצע של אינטל, Zen 3 מתכננת לנצח את אינטל על הסף בכל עומסי העבודה במשחק. AMD טוענת כי ה- Ryzen 9 5900X מהיר יותר בממוצע בכ- 26% מה- Ryzen 9 3900X במשחקים. זו קפיצה ענקית שיש לבצע בדור אחד בלבד.

יתר על כן, AMD טענה גם כי ה- Ryzen 9 5900X מהיר יותר מה- Core i9-10900K במשחקים. מדובר בחדשות ענקיות למדי עבור אוהדי AMD אשר עבור חובבי מחשב כללי. פירוש הדבר כעת שמעבדי AMD המובילים גוברים על מעבדי אינטל המובילים ביישומי משחק וריבוי ליבות. זה לא עוזר למקרה של אינטל שהם עדיין תקועים בארכיטקטורה הארכאית 14nm ו מעבדי הרוקט-לייק מהדור הבא שמועות הן גם על 14nm. בינתיים, AMD יורה על כל הצילינדרים עם הצעות ה -7 ננומטר שלהם בזן 2 ובזן 3, תוך שהיא פועלת במקביל על תוכניות 5 ננומטר שככל הנראה גם על המסלול. לכך עשויות להיות השלכות חמורות על נתח השוק של מעבדי שולחן העבודה של אינטל.

מעבדי סדרת AMD Ryzen 5000 מהירים יותר במשחקים מההיצע של אינטל - תמונה: AMD

ביצועים משופרים עם הברגה יחידה

ל- AMD היו ביצועים מרובי ליבות טובים מזה זמן מה, אך זה לא בהכרח מתורגם לביצועי משחק טובים יותר בשל העובדה שמשחקים מודרניים אינם עושים שימוש יעיל בכל הליבות. למשחקים רבים יש חוט דומיננטי, המכונה לעתים קרובות 'החוט העולמי', אשר מנוצל בצורה הכבדה ביותר. החוט העולמי רגיש באופן מאסיבי לחביון ולביצועי ליבה אחת. בזכות העיצוב האדריכלי המחודש של AMD, החביון צומצם בצורה מסיבית ובכך שיפר את ביצועי החוט השולט הזה באופן מאסיבי. זה אפשר ל- AMD לקחת את ההובלה בתרחישי המשחק.

זה גם אומר שהביצועים של AMD עם הברגה יחידה עדיפים כעת בהרבה על הביצועים של אינטל. למעשה, AMD הציגה ציון Cinebench יחיד ליבה מרשים של 640 עבור ה- Ryzen 9 5950X, ואחריו הגיע הציון 631 על ידי ה- Ryzen 9 5900X. שיפורים אלה אפשריים גם בשל העיצוב המחודש של הליבה האדריכלית, חביון מופחת ושעוני דחיפה גבוהים יותר של ארכיטקטורת Zen 3. קרא עוד על ביצועי הברגה אחת של מעבדי סדרת Ryzen 5000 ב המאמר הזה.

AMD Ryzen 9 5900X מחזיק בציון שיא של 640 ליבות בודדות ב- Cinebench - תמונה: AMD

ביצועים גבוהים עוד יותר עם ריבוי הברגות

בהמשך לדומיננטיות שלה על פלח הביצועים המרובי-הברגה, AMD הציגה שוב מספרים מרשימים עבור מעבדי סדרת Ryzen 5000 המבוססים על Zen 3. בפרט, ל- Ryzen 9 5900X עם 12 הליבות ו- Ryzen 9 5950X יש ביצועים ללא תחרות בעומסי עבודה כבדים. AMD ביצעה גם כמה שינויים מתחת למכסה המנוע, מה שאיפשר ל- 5950X להיות המעבד השולחני המהיר ביותר לעבודת CAD גם בפעם הראשונה. AMD ראתה בו את מעבד המשחקים הטוב ביותר ואת המעבד הטוב ביותר ליצירת תוכן, וקשה להתווכח עם הצהרה זו. AMD טענה לביצועים מרשימים של 12% בהשגת עומסי עבודה על 3950X. זה הופך את המעבד לחיה מוחלטת עבור אלה השואפים למיטב מה שיש למחשוב שולחני להציע.

פעמוני אזעקה לאינטל?

אין ספק כי AMD שיפרה את מערך המעבדים שלהם ב- Ryzen בקצב כמעט מסנוור. הם הציעו שיפורי ביצועים ענקיים מדור לדור ו- Zen 3 מבטיח להיות הקפיצה הגדולה ביותר שלהם עד כה. בעוד שמעבדי סדרת Ryzen 3000 הציעו ערך מצוין מבחינת ספירת ליבות ותמחור, הם עדיין עמדו מאחורי אינטל בעומס עבודה עיקרי אחד: משחקים. AMD ביססה יתרון חזק כמעט בכל ההיבטים האחרים בשוק שולחנות העבודה, בין אם זה טיוח, קידוד, הפקת וידאו או סטרימינג, אך הם נדרשו לעקוף את אינטל במשחקים כדי להיות באמת המעבד הטוב ביותר ללא עוררין.

הודות לתכנון האדריכלי המדהים של מעבדי Ryzen, תהליך ה- 7nm של TSMC, והתכנון והביצוע המבריק של צוות הפיתוח של AMD, הם סוף סוף עשו זאת עם Zen 3. ההשקה הזו חייבת להיות מצלצלים בפעמוני אזעקה במטה אינטל. אינטל היא חברת ענק ואין שום דרך שהם לא יגיבו לכך, אבל הם בהחלט פיגרו אחרי AMD בכל מה שקשור למהירות הפיתוח. המכשול העיקרי שעליו להתמודד עם אינטל הוא תהליך גיל 14nm שבו היא משתמשת מאז סקיילייק.

מפת הדרכים האדריכלית של אינטל - תמונה: Wccftech

לאינטל היו בעיות מתועדות היטב בתהליך 10nm שלה ולכן הם עדיין לא מסוגלים להוציא שבבים שולחניים על בסיס ארכיטקטורה זו. עם זאת, הגאות והשפל עשויה להשתנות בקרוב מאחר ואינטל פרסמה בהצלחה את מעבדי המחשבים הניידים האחרונים שלה שמספרם 'Tiger Lake' המבוססים על ארכיטקטורת 10nm. שבבי מחשבים ניידים אלה מציעים שיפורים גדולים הן בביצועים והן ביעילות בדור האחרון, וסביר להניח שאינטל עשויה לעבוד על העברת תהליך זה למעבדי שולחן העבודה. אם אינטל תצליח להפעיל את תהליך ה -10 ננומטר שלהם, השנים הקרובות יהיו מעניינות מאוד עבור חובבי ביצועי המעבד.