Co je Ryzen 3D V-Cache a proč je dobrá pro hraní her?

Jádra a frekvence bývaly hlavní specifikace, na které se lidé při nákupu CPU dívali, ale technologie 3D V-Cache od AMD to všechno změnila. Ryzen 7 5800X3D v roce 2022 dokázal, že mezipaměť je nejdůležitějším faktorem, pokud jde o herní výkon, a AMD bylo schopný proměnit herní CPU střední třídy na uchazeče o herní korunu pouhým přidáním toho, co společnost nazvala „3D V-Cache".

3D V-Cache není jen nějaký marketingový buzzword nebo trik jako „výbuch zpracování“ Sega Genesis, ale spíše řešení jednoho z největších problémů, kterému kdy polovodičový průmysl čelil. I bez toho se 3D V-Cache ukázala jako skvělý způsob, jak nabídnout ještě prémiovější a špičkovější CPU bez velkého úsilí ze strany AMD.

Co je mezipaměť?

Než budeme mluvit o 3D V-Cache, musíme mluvit o běžné staré keši. Kdysi dávno používaly počítače dva základní typy úložišť: pevné disky a paměť RAM (random access memory). Pevné disky jsou pomalé, ale mohou uložit velké množství dat, zatímco RAM může uložit pouze malé množství dat, ale jsou velmi rychlé. Toto uspořádání fungovalo dobře, dokud tempo vylepšování výkonu CPU nezačalo v 90. letech převyšovat RAM a RAM potřebovala být rychlejší, aby nedocházelo k brzdění procesorů.

Řešením byla cache. Tento druh paměti je a hodně menší než RAM, ale má ještě větší výkon a je umístěn přímo v procesoru, nikoli někde na základní desce. Tím byla vytvořena hierarchie paměti s mezipamětí nahoře, RAM uprostřed a úložištěm (jako pevné disky a SSD) dole. Mezipaměť si ale nakonec vyvinula vlastní hierarchii s různou úrovní výkonu a kapacity, aby vyhovovala potřebám každého čipu. (To platí také pro jiné druhy procesorů, jako jsou GPU.)

Dnes má typický high-end CPU mezipaměť úrovně 1 (nebo L1), L2 a L3. Mezipaměť L1 je malá a je dána každému jednotlivému jádru, aby zpracovalo malé instrukce co nejrychleji. Mezipaměť L2 je dána shluku jader pro výhradní použití, ale je větší, někdy o řád, a je uložena mimo jakékoli jednotlivé jádro. L3 cache je obvykle sdílena všemi jádry na jednom CPU a je často největší a poslední vrstvou. Některé velmi specializované CPU jsou dokonce dodávány s mezipamětí L4, která obvykle není na samotném CPU, ale spíše jde o typ paměti RAM vložené do balíčku CPU, jako je mezipaměť HBM2 Xeon 4. generace.

Co je 3D V-Cache?

3D V-Cache je prostě čip, který nemá nic jiného než cache, a CPU Ryzen 5000 a Ryzen 7000 jsou navrženy s ohledem na kompatibilitu 3D V-Cache. Každý čip nebo čip 3D V-Cache má 64 MB mezipaměti L3, což je dvojnásobek oproti jedinému výpočetnímu čipletu Zen. Možná si myslíte, že 3D V-Cache by se měla počítat jako L4 cache, protože není součástí samotného CPU, ale AMD ve skutečnosti instaluje tyto čipy vertikálně na výpočetní čipy, kde jsou umístěna všechna jádra a mezipaměť, a to je Kde 3D V-Značka mezipaměti pochází z.

Ryzen 7 5800X3D byl vůbec prvním CPU AMD, které tuto technologii využívalo a jako jediný 3D V-Cache CPU své generace šlo v podstatě o zkušební provoz. Ryzen 7 5800X (bez V-Cache) má 32 MB L3, ale 5800X3D má trojnásobek 96 MB. Smyslem přidání celé této mezipaměti bylo zabránit tomu, aby CPU potřeboval co nejvíce komunikovat s RAM, protože RAM je mnohem pomalejší než mezipaměť L3. Pro většinu aplikací je to příliš mnoho mezipaměti, ale existuje jeden druh softwaru, který mezipaměť miluje: hry.

Hry obecně nevyžadují mnoho jader CPU a surový výkon, aby dobře fungovaly, ale spíše vyžadují, aby CPU co nejdříve zpracovalo spoustu malých dat. Koneckonců, většina počítačových hráčů chce své hry provozovat rychlostí 60 FPS nebo vyšší, což znamená zbrusu nový snímek alespoň každých 16,67 ms. 5800X3D je tam nahoře s Ryzen 9 5950X a Core i9-12900K v herním výkonu a stále dobře obstojí proti Ryzen 9 7950X a Core i9-13900K. Když CPU Ryzen 7000X3D uvedení na trh letos, budou téměř jistě nejrychlejšími herními čipy na trhu.

To znamená, že 3D V-Cache není dokonalá, protože CPU používající V-Cache mají nižší takt než jejich ne3D protějšky. Extra mezipaměť kompenzuje nižší frekvence ve hrách, ale v jiných aplikacích dochází k malé ztrátě výkonu. Z tohoto důvodu se 3D V-Cache nikdy nemusí stát výchozím nastavením pro CPU Ryzen.

Co je na 3D V-Cache tak zvláštního?

Na konci dne je 3D V-Cache jen čip s mezipamětí a skvělým herním výkonem 5800X3D. spíše ukazuje, jak skvělá je cache pro hraní her, než 3D V-Cache nabízející nové úrovně výkon. Ale 3D V-Cache není revoluční pro mezipaměť, ale spíše pro způsob, jakým se staví procesory a potenciální řešení jednoho z největších problémů tohoto odvětví: smrti Mooreova zákona.

I kdyby nedošlo k výrobní krizi, 3D V-Cache je stále efektivním způsobem, jak nabídnout produkt na úrovni nadšenců.

Moorův zákon je předpověď, že nejrychlejší čipy za dva roky budou mít dvojnásobek tranzistorů oproti nejrychlejším čipům, které dnes existují. Tranzistor je nejmenší součást procesoru a více tranzistorů obvykle znamená lepší výkon. Protože procesory mohou být jen tak velké, splnění očekávání Moorova zákona znamená dosáhnout vyšší hustoty a vyšší hustoty je dosaženo především použitím lepších výrobních procesů (také nazývaných uzly). Stručně řečeno, průmysl byl tradičně schopen držet krok s Moorovým zákonem pomocí nejnovějšího procesu nebo uzlu.

Posledních deset let byl Moorův zákon o podpoře života, protože vývoj lepších nových uzlů byl extrémně obtížný. Tempo zvyšování hustoty se zpomalilo tak výrazně, že společnosti nemusí být schopny splnit očekávání Moorova zákona, což znamená, že technologický pokrok se zpomaluje. Zejména mezipaměť byla velmi odolná vůči vylepšením hustoty a právě minulý rok společnost TSMC oznámila, že její počáteční verze 3nm procesu nebude mít větší hustotu mezipaměti než 5nm.

3D V-Cache je důmyslným řešením tohoto problému. Tím, že většinu mezipaměti procesoru umístí na vlastní čiplet, může AMD věnovat více místa na výpočetních čipech logickým tranzistorům, které tvoří jednotlivá jádra a lze je mnohem snadněji zmenšit než mezipaměť. Kromě toho to znamená, že AMD může používat starší, levnější uzly pro čipy V-Cache a zároveň šetřit špičkové uzly pro výpočetní čipy. Již vidíme AMD, jak tuto teorii designu aplikuje na svá GPU; RX 7900 XTX a XT mají jeden hlavní čip GPU obklopený šesti dalšími čiplety, které obsahují veškerou mezipaměť L3.

I kdyby nedošlo k výrobní krizi, 3D V-Cache je stále efektivním způsobem, jak nabídnout produkt na úrovni nadšenců. AMD nepotřebuje navrhovat CPU speciálně pro hraní her (což by AMD ztěžovalo zisk), ani to nepotřebuje AMD potřebuje, aby jeho mainstreamové procesory měly více mezipaměti, než je nutné (což by způsobilo, že by každý procesor byl neúnosný drahý). 3D V-Cache je tak jednoduchá a přitom taková změna hry; je možné, dokonce pravděpodobné, že uvidíme společnosti jako Intel replikovat úspěch 3D V-Cache s vlastními cache čipy.