Was ist Ryzen 3D V-Cache und warum ist es gut für Spiele?

Früher waren Kerne und Frequenzen die wichtigsten Spezifikationen, auf die beim Kauf einer CPU geachtet wurde, aber die 3D-V-Cache-Technologie von AMD hat das geändert. Der Ryzen 7 5800X3D im Jahr 2022 hat bewiesen, dass der Cache der wichtigste Faktor für die Spieleleistung ist, und AMD war es auch ist in der Lage, eine Mittelklasse-Gaming-CPU zu einem Anwärter auf die Gaming-Krone zu machen, indem sie einfach das hinzufügt, was das Unternehmen als „3D“ bezeichnet V-Cache".

3D V-Cache ist nicht nur ein Marketing-Schlagwort oder eine Spielerei wie das „Blast Processing“ des Sega Genesis, sondern vielmehr eine Lösung für eines der größten Probleme, mit denen die Halbleiterindustrie jemals konfrontiert war. Auch ohne das hat sich 3D V-Cache als großartige Möglichkeit erwiesen, noch mehr Premium- und High-End-CPUs ohne großen Aufwand seitens AMD anzubieten.

Was ist Cache?

Bevor wir überhaupt über 3D-V-Cache sprechen, müssen wir über den normalen alten Cache sprechen. Vor langer Zeit verwendeten Computer zwei grundlegende Speichertypen: Festplatten und Arbeitsspeicher (RAM). Festplatten sind langsam, können aber viele Daten speichern, während RAM nur kleine Datenmengen speichern kann, dafür aber sehr schnell ist. Diese Anordnung funktionierte gut, bis in den 1990er-Jahren die Geschwindigkeit der CPU-Leistungsverbesserungen schneller zu sein begann als die des RAM, und der RAM musste schneller werden, damit es bei den Prozessoren nicht zu Engpässen kam.

Die Lösung war Cache. Diese Art von Erinnerung ist eine viel Er ist kleiner als der Arbeitsspeicher, bietet aber eine noch höhere Leistung und befindet sich direkt im Prozessor und nicht irgendwo auf der Hauptplatine. Dadurch entstand eine Speicherhierarchie mit Cache oben, RAM in der Mitte und Speicher (wie Festplatten und Solid-State-Laufwerken) unten. Aber der Cache entwickelte schließlich seine eigenen Hierarchien mit unterschiedlichen Leistungs- und Kapazitätsniveaus, um den Anforderungen jedes Chips gerecht zu werden. (Dies gilt auch für andere Arten von Prozessoren wie GPUs.)

Heutzutage verfügt die typische High-End-CPU über Level 1 (oder L1), L2 und L3-Cache. Der L1-Cache ist winzig und wird jedem einzelnen Kern zugewiesen, um kleine Anweisungen so schnell wie möglich zu verarbeiten. Der L2-Cache wird einem Cluster von Kernen zur exklusiven Nutzung zur Verfügung gestellt, ist jedoch manchmal um eine Größenordnung größer und wird außerhalb jedes einzelnen Kerns gespeichert. Der L3-Cache wird normalerweise von allen Kernen einer einzelnen CPU gemeinsam genutzt und ist häufig die größte und letzte Ebene. Einige Nischen-CPUs sind sogar mit L4-Cache ausgestattet, der sich normalerweise nicht auf der CPU selbst befindet, sondern eine Art RAM im CPU-Paket ist, wie zum Beispiel der HBM2-Cache des Xeon der 4. Generation.

Was ist 3D-V-Cache?

3D V-Cache ist einfach ein Chip, auf dem sich nichts außer Cache befindet, und Ryzen 5000- und Ryzen 7000-CPUs sind im Hinblick auf 3D V-Cache-Kompatibilität konzipiert. Jeder 3D-V-Cache-Chip oder Chiplet verfügt über 64 MB L3-Cache, doppelt so viel wie ein einzelner Zen-Rechenchiplet. Man könnte meinen, dass der 3D-V-Cache als L4-Cache gelten sollte, da er nicht Teil der CPU selbst, sondern von AMD ist installiert diese Chiplets vertikal auf Rechenchiplets, auf denen sich alle Kerne und der Cache befinden, und das ist so bei dem die 3D V-Cache-Branding kommt von.

Der Ryzen 7 5800X3D war die allererste AMD-CPU, die diese Technologie nutzte, und als einzige 3D-V-Cache-CPU ihrer Generation handelte es sich im Grunde um einen Testlauf. Der Ryzen 7 5800X (ohne V-Cache) verfügt über 32 MB L3, aber der 5800X3D hat mit 96 MB das Dreifache. Der Sinn des Hinzufügens dieses gesamten Caches bestand darin, zu verhindern, dass die CPU so weit wie möglich mit dem RAM kommunizieren muss, da RAM viel langsamer als L3-Cache ist. Für die meisten Anwendungen ist das viel zu viel Cache, aber es gibt eine Art von Software, die Cache liebt: Spiele.

Spiele erfordern im Allgemeinen nicht viele CPU-Kerne und rohe Leistung, um gut zu laufen, sondern vielmehr, dass die CPU so schnell wie möglich viele kleine Daten verarbeitet. Schließlich möchten die meisten PC-Spieler ihre Spiele mit 60 FPS oder höher ausführen, was bedeutet, dass mindestens alle 16,67 ms ein brandneuer Frame erscheint. Der 5800X3D steht in puncto Spieleleistung mit dem Ryzen 9 5950X und dem Core i9-12900K auf Augenhöhe und kann sich immer noch gut gegen diesen behaupten Ryzen 9 7950X Und Core i9-13900K. Wenn Ryzen 7000X3D-CPUs Wenn sie dieses Jahr auf den Markt kommen, werden sie mit ziemlicher Sicherheit die schnellsten Gaming-Chips auf dem Markt sein.

Allerdings ist 3D V-Cache nicht perfekt, da CPUs, die V-Cache verwenden, niedrigere Taktraten haben als ihre Nicht-3D-Gegenstücke. Der zusätzliche Cache gleicht die niedrigeren Frequenzen in Spielen aus, bei anderen Anwendungen kommt es jedoch zu einem kleinen Leistungsverlust. Aus diesem Grund wird 3D V-Cache möglicherweise nie zum Standard für Ryzen-CPUs.

Was ist das Besondere an 3D V-Cache?

Letztendlich ist 3D V-Cache nur ein Chip mit Cache darauf und der großartigen Spieleleistung des 5800X3D ist eher ein Hinweis darauf, wie großartig der Cache für Spiele ist, als dass 3D-V-Cache neue Ebenen bietet Leistung. Aber 3D V-Cache ist nicht revolutionär für den Cache, sondern vielmehr für die Art und Weise, wie Prozessoren gebaut werden, und eine potenzielle Lösung für eines der größten Probleme der Branche: den Tod des Mooreschen Gesetzes.

Auch wenn es keine Produktionskrise gab, ist 3D V-Cache immer noch eine effektive Möglichkeit, ein Produkt auf Enthusiastenniveau anzubieten.

Moores Gesetz ist eine Vorhersage, dass die schnellsten Chips in zwei Jahren doppelt so viele Transistoren haben werden wie die schnellsten Chips, die es heute gibt. Ein Transistor ist die kleinste Komponente eines Prozessors und mehr Transistoren bedeuten normalerweise eine bessere Leistung. Da Prozessoren nur eine begrenzte Größe haben können, bedeutet die Erfüllung der Erwartungen des Mooreschen Gesetzes, höhere Leistungen zu erbringen Dichte, und eine höhere Dichte wird hauptsächlich durch die Verwendung besserer Herstellungsverfahren (auch genannt) erreicht Knoten). Kurz gesagt: Die Branche war traditionell in der Lage, mit dem Mooreschen Gesetz Schritt zu halten, indem sie den neuesten Prozess oder Knoten nutzte.

In den letzten zehn Jahren galt das Mooresche Gesetz der Lebenserhaltung, da es äußerst schwierig war, bessere neue Knoten zu entwickeln. Das Tempo der zunehmenden Dichte hat sich so stark verlangsamt, dass Unternehmen möglicherweise nicht in der Lage sind, die Erwartungen des Mooreschen Gesetzes zu erfüllen, was bedeutet, dass sich der technologische Fortschritt verlangsamt. Insbesondere der Cache war sehr resistent gegenüber Dichteverbesserungen, und erst letztes Jahr gab TSMC bekannt, dass seine erste Version des 3-nm-Prozesses keine größere Cache-Dichte als 5 nm haben würde.

3D V-Cache ist eine geniale Lösung für dieses Problem. Indem AMD den größten Teil des CPU-Cache auf seinem eigenen Chiplet unterbringt, kann AMD mehr Platz auf den Rechenchips für Logiktransistoren bereitstellen, die einzelne Kerne bilden und viel einfacher zu verkleinern sind als der Cache. Darüber hinaus bedeutet dies, dass AMD ältere, günstigere Knoten für V-Cache-Chips verwenden und gleichzeitig die modernsten Knoten für die Rechenchiplets einsparen kann. Wir können bereits sehen, dass AMD diese Designtheorie auf seine GPUs anwendet; die RX 7900 XTX und XT verfügen über einen Haupt-GPU-Chip, der von sechs anderen Chiplets umgeben ist, die den gesamten L3-Cache enthalten.

Auch wenn es keine Produktionskrise gab, ist 3D V-Cache immer noch eine effektive Möglichkeit, ein Produkt auf Enthusiastenniveau anzubieten. AMD muss keine CPU speziell für Spiele entwickeln (was es für AMD schwierig machen würde, Gewinne zu erzielen) und tut dies auch nicht AMD muss seine Mainstream-CPUs mit mehr Cache als nötig ausstatten (was jede CPU unerschwinglich machen würde). teuer). 3D V-Cache ist so einfach und doch so bahnbrechend; Es ist möglich, sogar wahrscheinlich, dass Unternehmen wie Intel den Erfolg von 3D V-Cache mit ihren eigenen Cache-Chips wiederholen werden.