Hvad er Ryzen 3D V-Cache, og hvorfor er det godt til spil?

Kerner og frekvenser plejede at være de vigtigste specifikationer, folk så på, når de købte en CPU, men AMDs 3D V-Cache-teknologi har ændret alt det. Ryzen 7 5800X3D i 2022 beviste, at cache er den vigtigste faktor, når det kommer til spilydelse, og AMD var i stand til at forvandle en mellemtone-gaming-CPU til en udfordrer til gaming-kronen blot ved at tilføje, hvad virksomheden kaldte sin "3D V-Cache".

3D V-Cache er ikke bare et marketing-buzzword eller en gimmick som Sega Genesis' "blast processing", men snarere en løsning på et af de største problemer, halvlederindustrien nogensinde har stået over for. Selv uden det, har 3D V-Cache vist sig at være en fantastisk måde at tilbyde endnu flere premium og high-end CPU'er uden stor indsats fra AMD's side.

Hvad er cache?

Før vi overhovedet taler om 3D V-Cache, skal vi tale om almindelig gammel cache. For lang tid siden brugte computere to grundlæggende typer lagring: harddiske og RAM (Random Access Memory). Harddiske er langsomme, men kan gemme en masse data, mens RAM kun kan gemme en lille mængde data, men er meget hurtig. Dette arrangement fungerede godt, indtil tempoet i CPU-ydeevneforbedringer begyndte at overgå RAM i 1990'erne, og RAM skulle blive hurtigere, så processorerne ikke blev flaskehalsede.

Løsningen var cache. Denne form for hukommelse er en masse mindre end RAM, men har endnu større ydeevne, og den er placeret lige i processoren i stedet for et sted på bundkortet. Dette skabte et hukommelseshierarki med cache øverst, RAM i midten og lager (som harddiske og solid-state-drev) nederst. Men cachen udviklede til sidst sine egne hierarkier med varierende niveauer af ydeevne og kapacitet for at passe til hver chips behov. (Dette gælder også for andre typer processorer som GPU'er.)

I dag har den typiske high-end CPU niveau 1 (eller L1), L2 og L3 cache. L1-cachen er lille og givet til hver enkelt kerne for at behandle små instruktioner så hurtigt som muligt. L2-cache gives til en klynge af kerner til eksklusiv brug, men er større, nogle gange i en størrelsesorden, og lagret uden for enhver individuel kerne. L3-cache deles normalt af alle kerner på en enkelt CPU og er ofte det største og sidste lag. Nogle meget niche-CPU'er kommer endda med L4-cache, som normalt ikke er på selve CPU'en, men snarere en type RAM, der er sat på CPU-pakken, såsom 4. Gen Xeons HBM2-cache.

Hvad er 3D V-Cache?

3D V-Cache er simpelthen en chip, der ikke har andet end cache på sig, og Ryzen 5000 og Ryzen 7000 CPU'er er designet med 3D V-Cache-kompatibilitet i tankerne. Hver 3D V-Cache-chip eller chiplet har 64 MB L3-cache, dobbelt så stor som en enkelt Zen-computerchiplet. Du tror måske, at 3D V-Cache burde tælle som L4-cache, da det ikke er en del af selve CPU'en, men AMD faktisk installerer disse chiplets lodret på computerchiplets, hvor alle kerner og cache er placeret, og dette er hvor er 3D V-Cache branding kommer fra.

Ryzen 7 5800X3D var den allerførste AMD CPU, der brugte denne teknologi, og som den eneste 3D V-Cache CPU i sin generation, var det dybest set en testkørsel. Ryzen 7 5800X (uden V-Cache) har 32 MB L3, men 5800X3D har det tredobbelte ved 96 MB. Hele pointen med at tilføje al denne cache var at forhindre CPU'en i at skulle kommunikere med RAM så meget som muligt, da RAM er meget langsommere end L3 cache. For de fleste applikationer er dette alt for meget cache, men der er én slags software, der elsker cache: spil.

Spil kræver generelt ikke mange CPU-kerner og rå hestekræfter for at køre godt, men kræver snarere, at CPU'en behandler en masse små data så hurtigt som muligt. De fleste pc-spillere ønsker trods alt at køre deres spil ved 60 FPS eller højere, hvilket betyder en helt ny ramme mindst hver 16.67 ms. 5800X3D er deroppe med Ryzen 9 5950X og Core i9-12900K i spilydelse, og den holder sig stadig godt mod Ryzen 9 7950X og Core i9-13900K. Hvornår Ryzen 7000X3D CPU'er lancering i år, vil de næsten helt sikkert være de hurtigste spillechips på markedet.

Når det er sagt, er 3D V-Cache ikke perfekt, da CPU'er, der bruger V-Cache, har lavere clockhastigheder end deres ikke-3D-modstykker. Den ekstra cache opvejer de lavere frekvenser i spil, men i andre applikationer er der et lille ydeevnetab. Af denne grund bliver 3D V-Cache muligvis aldrig standarden for Ryzen CPU'er.

Hvad er så specielt ved 3D V-Cache?

I slutningen af ​​dagen er 3D V-Cache kun en chip med cache på og 5800X3D's fantastiske spilydelse er mere indikativ for, hvor god cache er til spil, snarere end 3D V-Cache, der tilbyder nye niveauer af ydeevne. Men 3D V-Cache er ikke revolutionerende for cache, men snarere for den måde, processorer bygges på og en potentiel løsning på et af branchens største problemer: Moores lovs død.

Selvom der ikke var en produktionskrise, er 3D V-Cache stadig en effektiv måde at tilbyde et produkt på entusiastniveau.

Moores lov er en forudsigelse om, at de hurtigste chips om to år vil have dobbelt så mange transistorer som de hurtigste chips, der findes i dag. En transistor er den mindste komponent i en processor, og flere transistorer betyder normalt bedre ydeevne. Da processorer kun kan være så store, betyder opfyldelse af forventningerne til Moores lov at opnå højere tæthed, og højere densitet opnås primært ved at bruge bedre fremstillingsprocesser (også kaldet noder). Kort sagt har industrien traditionelt været i stand til at følge med Moores lov ved at bruge den nyeste proces eller node.

I det sidste årti har Moores lov været på livsstøtte, fordi det har været ekstremt vanskeligt at udvikle bedre nye noder. Tempoet med stigende tæthed er aftaget så markant, at virksomheder måske ikke er i stand til at leve op til forventningerne i Moores lov, hvilket betyder, at teknologiske fremskridt bremses. Især cachen har været meget modstandsdygtig over for densitetsforbedringer, og netop sidste år annoncerede TSMC, at dens første version af 3nm-processen ikke ville have større cache-tæthed end 5nm.

3D V-Cache er en genial løsning på dette problem. Ved at lægge det meste af CPU'ens cache på sin egen chiplet, kan AMD dedikere mere plads på computerchippene til logiske transistorer, som udgør individuelle kerner og er meget nemmere at krympe end cache. Derudover betyder dette, at AMD kan bruge ældre, billigere noder til V-Cache-chips, mens de gemmer de avancerede noder til computerchiplets. Vi kan allerede se AMD anvende denne designteori på sine GPU'er; RX 7900 XTX og XT har én hoved-GPU-chip omgivet af seks andre chiplets, der indeholder hele L3-cachen.

Selvom der ikke var en produktionskrise, er 3D V-Cache stadig en effektiv måde at tilbyde et produkt på entusiastniveau. AMD behøver ikke at designe en CPU specifikt til spil (hvilket ville gøre det svært for AMD at tjene penge), og det gør det heller ikke AMD er nødt til at få sine almindelige CPU'er til at komme med mere cache end nødvendigt (hvilket ville gøre enhver CPU uoverkommelig dyrt). 3D V-Cache er så simpel, men alligevel sådan en game changer; det er muligt, endda sandsynligt, at vi vil se virksomheder som Intel replikere succesen med 3D V-Cache med deres egne cache-chips.