Τι είναι το Ryzen 3D V-Cache και γιατί είναι καλό για παιχνίδια;

Οι πυρήνες και οι συχνότητες ήταν οι κύριες προδιαγραφές που έβλεπαν οι άνθρωποι όταν αγόραζαν μια CPU, αλλά η τεχνολογία 3D V-Cache της AMD τα έχει αλλάξει όλα αυτά. Το Ryzen 7 5800X3D το 2022 απέδειξε ότι η προσωρινή μνήμη είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας όσον αφορά την απόδοση του παιχνιδιού και η AMD ήταν μπορεί να μετατρέψει μια CPU gaming μεσαίας κατηγορίας σε υποψήφιο για το στέμμα του gaming απλά προσθέτοντας αυτό που η εταιρεία ονόμασε "3D" V-Cache».

Το 3D V-Cache δεν είναι απλώς ένα τσιτάτο μάρκετινγκ ή ένα τέχνασμα όπως η "εκρηκτική επεξεργασία" του Sega Genesis, αλλά μάλλον μια λύση σε ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που έχει αντιμετωπίσει ποτέ η βιομηχανία ημιαγωγών. Ακόμη και χωρίς αυτό, το 3D V-Cache έχει αποδειχθεί ότι είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να προσφέρεις ακόμη περισσότερες premium και high-end CPU χωρίς μεγάλη προσπάθεια εκ μέρους της AMD.

Τι είναι η προσωρινή μνήμη;

Πριν καν μιλήσουμε για 3D V-Cache, πρέπει να μιλήσουμε για την κανονική παλιά κρυφή μνήμη. Πριν από πολύ καιρό, οι υπολογιστές χρησιμοποιούσαν δύο βασικούς τύπους αποθήκευσης: σκληρούς δίσκους και μνήμη τυχαίας πρόσβασης (RAM). Οι σκληροί δίσκοι είναι αργοί, αλλά μπορούν να αποθηκεύσουν πολλά δεδομένα, ενώ η RAM μπορεί να αποθηκεύσει μόνο μια μικρή ποσότητα δεδομένων αλλά είναι πολύ γρήγορη. Αυτή η ρύθμιση λειτούργησε καλά έως ότου ο ρυθμός των βελτιώσεων της απόδοσης της CPU άρχισε να ξεπερνά τη μνήμη RAM τη δεκαετία του 1990 και η RAM έπρεπε να γίνει πιο γρήγορη, έτσι ώστε οι επεξεργαστές να μην παρουσιάζουν συμφόρηση.

Η λύση ήταν η κρυφή μνήμη. Αυτού του είδους η μνήμη είναι α παρτίδα μικρότερη από τη μνήμη RAM, αλλά έχει ακόμη μεγαλύτερη απόδοση και βρίσκεται ακριβώς στον επεξεργαστή και όχι σε κάποιο σημείο της μητρικής πλακέτας. Αυτό δημιούργησε μια ιεραρχία μνήμης, με cache στην κορυφή, RAM στη μέση και αποθήκευση (όπως σκληρούς δίσκους και μονάδες SSD) στο κάτω μέρος. Ωστόσο, η προσωρινή μνήμη ανέπτυξε τελικά τις δικές της ιεραρχίες, με διαφορετικά επίπεδα απόδοσης και χωρητικότητας που ταιριάζουν στις ανάγκες κάθε τσιπ. (Αυτό ισχύει και για άλλα είδη επεξεργαστών όπως GPU.)

Σήμερα, η τυπική CPU υψηλής τεχνολογίας έχει κρυφή μνήμη επιπέδου 1 (ή L1), L2 και L3. Η κρυφή μνήμη L1 είναι μικρή και δίνεται σε κάθε μεμονωμένο πυρήνα για να επεξεργαστεί μικρές οδηγίες όσο το δυνατόν γρηγορότερα. Η κρυφή μνήμη L2 δίνεται σε ένα σύμπλεγμα πυρήνων για αποκλειστική χρήση, αλλά είναι μεγαλύτερη, μερικές φορές κατά μια τάξη μεγέθους, και αποθηκεύεται έξω από οποιονδήποτε μεμονωμένο πυρήνα. Η κρυφή μνήμη L3 είναι συνήθως κοινή από όλους τους πυρήνες σε μία μόνο CPU και είναι συχνά η μεγαλύτερη και τελευταία βαθμίδα. Ορισμένες πολύ εξειδικευμένες CPU διαθέτουν ακόμη και L4 cache, η οποία συνήθως δεν βρίσκεται στην ίδια την CPU, αλλά μάλλον έναν τύπο RAM που τοποθετείται στο πακέτο CPU, όπως η κρυφή μνήμη HBM2 της 4ης γενιάς Xeon.

Τι είναι η 3D V-Cache;

Το 3D V-Cache είναι απλώς ένα τσιπ που δεν έχει τίποτα άλλο εκτός από κρυφή μνήμη και οι επεξεργαστές Ryzen 5000 και Ryzen 7000 έχουν σχεδιαστεί με γνώμονα τη συμβατότητα 3D V-Cache. Κάθε τσιπ 3D V-Cache, ή chiplet, έχει 64 MB προσωρινής μνήμης L3, διπλάσια από την ποσότητα ενός μόνο υπολογιστικού chiplet Zen. Ίσως πιστεύετε ότι το 3D V-Cache θα έπρεπε να μετράει ως προσωρινή μνήμη L4, καθώς δεν είναι μέρος της ίδιας της CPU, αλλά στην πραγματικότητα η AMD εγκαθιστά αυτά τα chiplet κάθετα σε υπολογιστικά chiplet, όπου βρίσκονται όλοι οι πυρήνες και η κρυφή μνήμη, και αυτό είναι όπου το 3D V-Η επωνυμία της προσωρινής μνήμης προέρχεται από.

Ο Ryzen 7 5800X3D ήταν η πρώτη CPU της AMD που χρησιμοποίησε αυτήν την τεχνολογία και ως η μόνη 3D V-Cache CPU της γενιάς του, ήταν βασικά μια δοκιμαστική εκτέλεση. Το Ryzen 7 5800X (χωρίς V-Cache) έχει 32 MB L3, αλλά το 5800X3D έχει τριπλάσια από αυτά στα 96 MB. Το όλο θέμα της προσθήκης όλης αυτής της κρυφής μνήμης ήταν να αποτραπεί η ανάγκη της CPU να επικοινωνήσει με τη μνήμη RAM όσο το δυνατόν περισσότερο, καθώς η RAM είναι πολύ πιο αργή από την προσωρινή μνήμη L3. Για τις περισσότερες εφαρμογές, αυτό είναι πάρα πολύ μεγάλη μνήμη cache, αλλά υπάρχει ένα είδος λογισμικού που αγαπά την προσωρινή μνήμη: τα παιχνίδια.

Τα παιχνίδια γενικά δεν απαιτούν πολλούς πυρήνες CPU και ακατέργαστη ιπποδύναμη για να λειτουργούν καλά, αλλά μάλλον απαιτούν από την CPU να επεξεργαστεί πολλά μικρά δεδομένα το συντομότερο δυνατό. Σε τελική ανάλυση, οι περισσότεροι παίκτες PC θέλουν να τρέχουν τα παιχνίδια τους στα 60 FPS ή υψηλότερα, πράγμα που σημαίνει ένα ολοκαίνουργιο καρέ τουλάχιστον κάθε 16,67 ms. Το 5800X3D είναι εκεί ψηλά με το Ryzen 9 5950X και τον Core i9-12900K σε απόδοση gaming, και εξακολουθεί να αντέχει καλά σε Ryzen 9 7950X και Core i9-13900K. Οταν Επεξεργαστές Ryzen 7000X3D που κυκλοφορούν φέτος, είναι σχεδόν βέβαιο ότι θα είναι τα πιο γρήγορα gaming chip στην αγορά.

Τούτου λεχθέντος, το 3D V-Cache δεν είναι τέλειο, καθώς οι CPU που χρησιμοποιούν V-Cache έχουν χαμηλότερες ταχύτητες ρολογιού από τους αντίστοιχους μη 3D. Η επιπλέον κρυφή μνήμη αντισταθμίζει τις χαμηλότερες συχνότητες στα παιχνίδια, αλλά σε άλλες εφαρμογές, υπάρχει μια μικρή απώλεια απόδοσης. Για αυτόν τον λόγο, η 3D V-Cache ενδέχεται να μην γίνει ποτέ η προεπιλογή για τους επεξεργαστές Ryzen.

Τι το ιδιαίτερο έχει το 3D V-Cache;

Στο τέλος της ημέρας, το 3D V-Cache είναι απλώς ένα τσιπ με κρυφή μνήμη και η εξαιρετική απόδοση παιχνιδιού του 5800X3D είναι πιο ενδεικτικό του πόσο μεγάλη είναι η κρυφή μνήμη για παιχνίδια παρά η 3D V-Cache που προσφέρει νέα επίπεδα εκτέλεση. Αλλά το 3D V-Cache δεν είναι επαναστατικό για την κρυφή μνήμη, αλλά για τον τρόπο κατασκευής των επεξεργαστών και μια πιθανή λύση σε ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα του κλάδου: τον θάνατο του νόμου του Μουρ.

Ακόμα κι αν δεν υπήρχε κρίση παραγωγής, το 3D V-Cache εξακολουθεί να είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για να προσφέρετε ένα προϊόν σε επίπεδο ενθουσιωδών.

Ο νόμος του Moore είναι μια πρόβλεψη ότι τα ταχύτερα τσιπ σε δύο χρόνια από τώρα θα έχουν διπλάσια τρανζίστορ από τα ταχύτερα τσιπ που υπάρχουν σήμερα. Ένα τρανζίστορ είναι το μικρότερο στοιχείο ενός επεξεργαστή και περισσότερα τρανζίστορ συνήθως σημαίνουν καλύτερη απόδοση. Εφόσον οι επεξεργαστές μπορούν να είναι μόνο τόσο μεγάλοι, η ικανοποίηση των προσδοκιών του νόμου του Moore σημαίνει επίτευξη υψηλότερων πυκνότητα και μεγαλύτερη πυκνότητα επιτυγχάνεται κυρίως με τη χρήση καλύτερων διαδικασιών παραγωγής (επίσης ονομαζόμενες κόμβοι). Εν ολίγοις, η βιομηχανία ήταν παραδοσιακά σε θέση να συμβαδίζει με το νόμο του Moore χρησιμοποιώντας την πιο πρόσφατη διαδικασία ή κόμβο.

Την τελευταία δεκαετία, ο νόμος του Moore ήταν για την υποστήριξη της ζωής, επειδή η ανάπτυξη καλύτερων νέων κόμβων ήταν εξαιρετικά δύσκολη. Ο ρυθμός αύξησης της πυκνότητας έχει επιβραδυνθεί τόσο σημαντικά που οι εταιρείες ενδέχεται να μην είναι σε θέση να ανταποκριθούν στις προσδοκίες του νόμου του Moore, πράγμα που σημαίνει ότι η τεχνολογική πρόοδος επιβραδύνεται. Η προσωρινή μνήμη, συγκεκριμένα, ήταν πολύ ανθεκτική στις βελτιώσεις πυκνότητας και μόλις πέρυσι, η TSMC ανακοίνωσε ότι η αρχική της έκδοση της διαδικασίας 3nm δεν θα είχε μεγαλύτερη πυκνότητα κρυφής μνήμης από 5nm.

Το 3D V-Cache είναι μια έξυπνη λύση σε αυτό το πρόβλημα. Τοποθετώντας το μεγαλύτερο μέρος της κρυφής μνήμης της CPU στο δικό της chiplet, η AMD μπορεί να αφιερώσει περισσότερο χώρο στα υπολογιστικά τσιπ σε λογικά τρανζίστορ, τα οποία αποτελούν μεμονωμένους πυρήνες και είναι πολύ πιο εύκολο να συρρικνωθούν από την κρυφή μνήμη. Επιπλέον, αυτό σημαίνει ότι η AMD μπορεί να χρησιμοποιήσει παλαιότερους, φθηνότερους κόμβους για τσιπ V-Cache, ενώ αποθηκεύει τους κόμβους αιχμής για τα υπολογιστικά chiplet. Μπορούμε ήδη να δούμε την AMD να εφαρμόζει αυτήν τη θεωρία σχεδιασμού στις GPU της. τα RX 7900 XTX και XT έχουν ένα κύριο τσιπ GPU που περιβάλλεται από άλλα έξι chiplet που περιέχουν όλη την κρυφή μνήμη L3.

Ακόμα κι αν δεν υπήρχε κρίση παραγωγής, το 3D V-Cache εξακολουθεί να είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για να προσφέρετε ένα προϊόν σε επίπεδο ενθουσιωδών. Η AMD δεν χρειάζεται να σχεδιάσει μια CPU ειδικά για gaming (πράγμα που θα δυσκόλευε την AMD να πραγματοποιήσει κέρδη), ούτε Η AMD πρέπει να κάνει τις mainstream CPU της να διαθέτουν περισσότερη κρυφή μνήμη από όσο χρειάζεται (πράγμα που θα έκανε κάθε CPU απαγορευτικά ακριβός). Το 3D V-Cache είναι τόσο απλό, αλλά αλλάζει το παιχνίδι. Είναι πιθανό, ακόμη και πιθανό, να δούμε εταιρείες όπως η Intel να αντιγράφουν την επιτυχία του 3D V-Cache με τα δικά τους τσιπ κρυφής μνήμης.