¿Qué es Ryzen 3D V-Cache y por qué es bueno para jugar?

Los núcleos y las frecuencias solían ser las principales especificaciones que la gente miraba al comprar una CPU, pero la tecnología 3D V-Cache de AMD ha cambiado todo eso. El Ryzen 7 5800X3D en 2022 demostró que el caché es el factor más importante en lo que respecta al rendimiento de los juegos, y AMD fue capaz de convertir una CPU de juegos de rango medio en un competidor para la corona de juegos simplemente agregando lo que la compañía denominó su "3D Caché V".

3D V-Cache no es solo una palabra de moda de marketing o un truco como el "procesamiento explosivo" de Sega Genesis, sino una solución a uno de los mayores problemas que la industria de los semiconductores ha enfrentado jamás. Incluso sin eso, 3D V-Cache ha demostrado ser una excelente manera de ofrecer aún más CPU premium y de gama alta sin mucho esfuerzo por parte de AMD.

¿Qué es el caché?

Antes de que hablemos de 3D V-Cache, debemos hablar de la memoria caché antigua normal. Hace mucho tiempo, las computadoras usaban dos tipos básicos de almacenamiento: discos duros y memoria de acceso aleatorio (RAM). Los discos duros son lentos pero pueden almacenar una gran cantidad de datos, mientras que la memoria RAM solo puede almacenar una pequeña cantidad de datos, pero son muy rápidos. Este arreglo funcionó bien hasta que el ritmo de las mejoras en el rendimiento de la CPU comenzó a superar a la RAM en la década de 1990, y la RAM necesitaba ser más rápida para que los procesadores no sufrieran cuellos de botella.

La solución fue el caché. Este tipo de memoria es un lote más pequeño que la RAM pero tiene un rendimiento aún mayor, y está ubicado justo en el procesador en lugar de en algún lugar de la placa base. Esto creó una jerarquía de memoria, con caché en la parte superior, RAM en el medio y almacenamiento (como discos duros y unidades de estado sólido) en la parte inferior. Pero la memoria caché eventualmente desarrolló sus propias jerarquías, con diferentes niveles de rendimiento y capacidad para adaptarse a las necesidades de cada chip. (Esto también se aplica a otros tipos de procesadores como las GPU).

Hoy en día, la CPU típica de gama alta tiene caché de nivel 1 (o L1), L2 y L3. La memoria caché L1 es pequeña y se asigna a cada núcleo individual para procesar instrucciones pequeñas lo más rápido posible. La caché L2 se otorga a un grupo de núcleos para uso exclusivo, pero es más grande, a veces en un orden de magnitud, y se almacena fuera de cualquier núcleo individual. La memoria caché L3 generalmente la comparten todos los núcleos en una sola CPU y, a menudo, es el nivel más grande y final. Algunas CPU muy especializadas incluso vienen con caché L4, que generalmente no está en la CPU en sí, sino en un tipo de RAM colocada en el paquete de la CPU, como la caché HBM2 de 4th Gen Xeon.

¿Qué es V-Cache 3D?

3D V-Cache es simplemente un chip que no tiene nada más que caché, y las CPU Ryzen 5000 y Ryzen 7000 están diseñadas teniendo en cuenta la compatibilidad con 3D V-Cache. Cada chip 3D V-Cache, o chiplet, tiene 64 MB de caché L3, el doble de la cantidad de un solo chip de cómputo Zen. Puede pensar que 3D V-Cache debería contar como caché L4 ya que no es parte de la CPU en sí, pero AMD en realidad instala estos chiplets verticalmente en chiplets de cómputo, donde se encuentran todos los núcleos y el caché, y esto es donde el 3D V-La marca de caché proviene.

El Ryzen 7 5800X3D fue la primera CPU de AMD en usar esta tecnología y, como la única CPU 3D V-Cache de su generación, fue básicamente una prueba. El Ryzen 7 5800X (sin V-Cache) tiene 32 MB de L3, pero el 5800X3D tiene el triple con 96 MB. El objetivo de agregar todo este caché era evitar que la CPU necesitara comunicarse con la RAM tanto como fuera posible, ya que la RAM es mucho más lenta que el caché L3. Para la mayoría de las aplicaciones, esto es demasiado caché, pero hay un tipo de software al que le encanta el caché: los juegos.

Los juegos generalmente no requieren muchos núcleos de CPU y potencia bruta para funcionar bien, sino que requieren que la CPU procese muchos datos pequeños lo antes posible. Después de todo, la mayoría de los jugadores de PC quieren ejecutar sus juegos a 60 FPS o más, lo que significa un cuadro nuevo al menos cada 16,67 ms. El 5800X3D está a la altura del Ryzen 9 5950X y el Core i9-12900K en rendimiento de juegos, y aún resiste bien al Ryzen 9 7950X y Núcleo i9-13900K. Cuando CPU Ryzen 7000X3D lanzamiento este año, es casi seguro que serán los chips de juego más rápidos del mercado.

Dicho esto, 3D V-Cache no es perfecto, ya que las CPU que usan V-Cache tienen velocidades de reloj más bajas que sus contrapartes que no son 3D. El caché adicional compensa las frecuencias más bajas en los juegos, pero en otras aplicaciones, hay una pequeña pérdida de rendimiento. Por esta razón, es posible que 3D V-Cache nunca se convierta en el valor predeterminado para las CPU Ryzen.

¿Qué tiene de especial 3D V-Cache?

Al final del día, 3D V-Cache es solo un chip con caché y el gran rendimiento de juego del 5800X3D es más indicativo de cuán excelente es el caché para juegos en lugar de 3D V-Cache que ofrece nuevos niveles de actuación. Pero 3D V-Cache no es revolucionario para el caché, sino más bien por la forma en que se construyen los procesadores y una posible solución a uno de los mayores problemas de la industria: la muerte de la Ley de Moore.

Incluso si no hubo una crisis de fabricación, 3D V-Cache sigue siendo una forma efectiva de ofrecer un producto de nivel entusiasta.

La Ley de Moore es una predicción de que los chips más rápidos dentro de dos años tendrán el doble de transistores que los chips más rápidos que existen en la actualidad. Un transistor es el componente más pequeño de un procesador y, por lo general, más transistores significan un mejor rendimiento. Dado que los procesadores solo pueden ser tan grandes, cumplir con las expectativas de la Ley de Moore significa lograr una mayor densidad, y una mayor densidad se logra principalmente mediante el uso de mejores procesos de fabricación (también llamados nodos). En resumen, la industria tradicionalmente ha podido mantenerse al día con la Ley de Moore mediante el uso del último proceso o nodo.

Durante la última década, la Ley de Moore ha estado en soporte vital porque ha sido extremadamente difícil desarrollar mejores nódulos nuevos. El ritmo de aumento de la densidad se ha desacelerado de manera tan significativa que es posible que las empresas no puedan cumplir con las expectativas de la Ley de Moore, lo que significa que el progreso tecnológico se está desacelerando. El caché, en particular, ha sido muy resistente a las mejoras de densidad, y el año pasado, TSMC anunció que su versión inicial del proceso de 3 nm no tendría una densidad de caché superior a 5 nm.

3D V-Cache es una solución ingeniosa a este problema. Al colocar la mayor parte del caché de la CPU en su propio chiplet, AMD puede dedicar más espacio en los chips de cómputo a los transistores lógicos, que forman núcleos individuales y son mucho más fáciles de reducir que el caché. Además, esto significa que AMD puede usar nodos más antiguos y económicos para los chips V-Cache mientras guarda los nodos de última generación para los chipsets de cómputo. Ya podemos ver a AMD aplicando esta teoría de diseño a sus GPU; la RX 7900 XTX y XT tener un chip de GPU principal rodeado por otros seis chiplets que contienen todo el caché L3.

Incluso si no hubo una crisis de fabricación, 3D V-Cache sigue siendo una forma efectiva de ofrecer un producto de nivel entusiasta. AMD no necesita diseñar una CPU específicamente para juegos (lo que dificultaría que AMD obtenga ganancias), ni AMD necesita hacer que sus CPU principales vengan con más caché de la necesaria (lo que haría que cada CPU sea prohibitivamente caro). 3D V-Cache es tan simple pero tan innovador; es posible, incluso probable, que veamos empresas como Intel replicar el éxito de 3D V-Cache con sus propios chips de caché.