Какво е Ryzen 3D V-Cache и защо е добър за игри?

Ядрата и честотите бяха основните спецификации, които хората гледаха, когато купуват процесор, но технологията 3D V-Cache на AMD промени всичко това. Ryzen 7 5800X3D през 2022 г. доказа, че кеш паметта е най-важният фактор, когато става дума за производителност в игрите, а AMD беше в състояние да превърне геймърски процесор от среден клас в претендент за игралната корона само като добави това, което компанията нарече своя „3D V-кеш".

3D V-Cache не е просто някаква маркетингова модна дума или трик като „взривната обработка“ на Sega Genesis, а по-скоро решение на един от най-големите проблеми, с които полупроводниковата индустрия някога се е сблъсквала. Дори и без това, 3D V-Cache се оказа чудесен начин за предлагане на още повече първокласни процесори от висок клас без много усилия от страна на AMD.

Какво е кеш?

Преди дори да говорим за 3D V-Cache, трябва да говорим за обикновен стар кеш. Преди много време компютрите използваха два основни типа съхранение: твърди дискове и памет с произволен достъп (RAM). Твърдите дискове са бавни, но могат да съхраняват много данни, докато RAM паметта може да съхранява само малко количество данни, но е много бърза. Тази подредба работеше добре, докато темпото на подобрения в производителността на процесора започна да изпреварва RAM през 90-те години и RAM трябваше да стане по-бърза, така че процесорите да не са затруднени.

Решението беше кеш. Този вид памет е a много по-малък от RAM, но има още по-голяма производителност и се намира точно в процесора, а не някъде на дънната платка. Това създаде йерархия на паметта с кеш в горната част, RAM в средата и място за съхранение (като твърди дискове и SSD устройства) в долната част. Но в крайна сметка кешът разработи свои собствени йерархии с различни нива на производителност и капацитет, за да отговарят на нуждите на всеки чип. (Това се отнася и за други видове процесори като GPU.)

Днес типичният процесор от висок клас има кеш от ниво 1 (или L1), L2 и L3. Кешът L1 е малък и се дава на всяко отделно ядро, за да обработва малки инструкции възможно най-бързо. L2 кешът се дава на клъстер от ядра за изключителна употреба, но е по-голям, понякога с порядък, и се съхранява извън всяко отделно ядро. L3 кешът обикновено се споделя от всички ядра на един CPU и често е най-големият и последен слой. Някои много нишови процесори дори идват с L4 кеш, който обикновено не е в самия процесор, а по-скоро тип RAM, поставен в пакета на процесора, като например HBM2 кеша на Xeon от 4-то поколение.

Какво е 3D V-Cache?

3D V-Cache е просто чип, който няма нищо друго освен кеш върху себе си, а процесорите Ryzen 5000 и Ryzen 7000 са проектирани с оглед на съвместимостта с 3D V-Cache. Всеки 3D V-Cache чип или чиплет има 64MB L3 кеш върху него, двойно повече от един Zen изчислителен чиплет. Може да си помислите, че 3D V-Cache трябва да се счита за L4 кеш, тъй като не е част от самия процесор, но всъщност AMD инсталира тези чипове вертикално върху изчислителни чипове, където са разположени всички ядра и кеш памет, и това е където 3D V-Брандингът на кеша идва от.

Ryzen 7 5800X3D беше първият CPU на AMD, използващ тази технология, и като единственият 3D V-Cache CPU от своето поколение, това беше основно тестово изпълнение. Ryzen 7 5800X (без V-Cache) има 32MB L3, но 5800X3D има три пъти повече от 96MB. Целият смисъл на добавянето на целия този кеш беше да се предотврати необходимостта на процесора да комуникира с RAM колкото е възможно повече, тъй като RAM е много по-бавна от L3 кеша. За повечето приложения това е твърде много кеш, но има един вид софтуер, който обича кеша: игрите.

Игрите обикновено не изискват много процесорни ядра и сурови конски сили, за да работят добре, а по-скоро изискват процесорът да обработва много малки данни възможно най-скоро. В края на краищата повечето компютърни геймъри искат да пускат игрите си при 60 FPS или по-висока, което означава чисто нов кадър поне на всеки 16,67 ms. 5800X3D е на ниво с Ryzen 9 5950X и Core i9-12900K по производителност в игрите и все още се държи добре срещу Ryzen 9 7950X и Core i9-13900K. Кога Процесори Ryzen 7000X3D стартират тази година, те почти сигурно ще бъдат най-бързите чипове за игри на пазара.

Въпреки това, 3D V-Cache не е перфектен, тъй като процесорите, използващи V-Cache, имат по-ниски тактови скорости от техните не-3D аналози. Допълнителният кеш компенсира по-ниските честоти в игрите, но в други приложения има малка загуба на производителност. Поради тази причина 3D V-Cache може никога да не стане стандартен за процесорите Ryzen.

Какво е толкова специалното в 3D V-Cache?

В крайна сметка 3D V-Cache е просто чип с кеш върху него и страхотната игрова производителност на 5800X3D е по-показателен за това колко страхотен е кешът за игри, отколкото 3D V-Cache, предлагащ нови нива на производителност. Но 3D V-Cache не е революционен за кеша, а по-скоро за начина, по който се изграждат процесорите и потенциално решение на един от най-големите проблеми в индустрията: смъртта на закона на Мур.

Дори и да не е имало производствена криза, 3D V-Cache все още е ефективен начин да се предложи продукт на ниво ентусиасти.

Законът на Мур е прогноза, че най-бързите чипове след две години ще имат двойно повече транзистори от най-бързите чипове, които съществуват днес. Транзисторът е най-малкият компонент на процесора и повече транзистори обикновено означават по-добра производителност. Тъй като процесорите могат да бъдат само толкова големи, отговарянето на очакванията на закона на Мур означава постигане на по-високи плътност, а по-висока плътност се постига предимно чрез използване на по-добри производствени процеси (наричани още възли). Накратко, индустрията традиционно успява да се справи със закона на Мур, като използва най-новия процес или възел.

През последното десетилетие законът на Мур беше върху поддържането на живота, тъй като разработването на по-добри нови възли беше изключително трудно. Скоростта на увеличаване на гъстотата се забави толкова значително, че компаниите може да не са в състояние да отговорят на очакванията на закона на Мур, което означава, че технологичният прогрес се забавя. Кешът, по-специално, беше много устойчив на подобрения в плътността и едва миналата година TSMC обяви, че първоначалната му версия на 3nm процес няма да има по-голяма плътност на кеша от 5nm.

3D V-Cache е гениално решение на този проблем. Поставяйки по-голямата част от кеша на процесора в своя собствен чиплет, AMD може да отдели повече място в изчислителните чипове за логически транзистори, които изграждат отделни ядра и са много по-лесни за свиване от кеша. Освен това, това означава, че AMD може да използва по-стари, по-евтини възли за V-Cache чипове, като същевременно запазва най-модерните възли за изчислителните чиплети. Вече можем да видим AMD да прилага тази теория на дизайна към своите графични процесори; RX 7900 XTX и XT имат един основен GPU чип, заобиколен от шест други чиплета, които съдържат целия L3 кеш.

Дори и да не е имало производствена криза, 3D V-Cache все още е ефективен начин да се предложи продукт на ниво ентусиасти. AMD няма нужда да проектира процесор специално за игри (което би затруднило AMD да реализира печалба), нито AMD трябва да накара своите основни процесори да идват с повече кеш от необходимото (което би направило всеки процесор непосилно скъпо). 3D V-Cache е толкова прост, но променя играта; възможно е, дори вероятно, да видим компании като Intel да повторят успеха на 3D V-Cache със собствени кеш чипове.