Mikä on Ryzen 3D V-Cache ja miksi se sopii pelaamiseen?

Ytimet ja taajuudet olivat aiemmin tärkeimmät tiedot, joita ihmiset katselivat prosessoria ostaessaan, mutta AMD: n 3D V-Cache -tekniikka on muuttanut kaiken. Ryzen 7 5800X3D vuonna 2022 osoitti, että välimuisti on tärkein tekijä pelien suorituskyvyssä, ja AMD oli pystyy muuttamaan keskitason pelisuorittimen pelikruunun haastajaksi vain lisäämällä sen, mitä yritys kutsui "3D V-välimuisti".

3D V-Cache ei ole pelkkä markkinoinnin muotisana tai temppu, kuten Sega Genesiksen "räjähdyskäsittely", vaan pikemminkin ratkaisu yhteen puolijohdeteollisuuden suurimmista ongelmista. Jopa ilman sitä 3D V-Cache on osoittautunut loistavaksi tapaksi tarjota entistä enemmän premium- ja huippuluokan suorittimia ilman AMD: n ponnisteluja.

Mikä on välimuisti?

Ennen kuin edes puhumme 3D V-Cachesta, meidän on puhuttava tavallisesta vanhasta välimuistista. Kauan sitten tietokoneissa käytettiin kahta tallennustyyppiä: kiintolevyjä ja RAM-muistia. Kiintolevyt ovat hitaita, mutta voivat tallentaa paljon tietoa, kun taas RAM voi tallentaa vain pienen määrän tietoa, mutta ne ovat erittäin nopeita. Tämä järjestely toimi hyvin, kunnes suorittimen suorituskyvyn parannukset alkoivat ylittää RAM-muistin 1990-luvulla, ja RAM-muistin piti saada nopeampaa, jotta prosessorit eivät joutuisi pullonkaulaan.

Ratkaisu oli välimuisti. Tällainen muisti on a paljon pienempi kuin RAM, mutta sen suorituskyky on vielä parempi, ja se sijaitsee suoraan prosessorissa eikä jossain emolevyssä. Tämä loi muistihierarkian, jossa välimuisti oli ylhäällä, RAM keskellä ja tallennustila (kuten kiintolevyt ja solid-state-asemat) alaosassa. Mutta välimuisti kehitti lopulta omat hierarkiansa, joiden suorituskyky ja kapasiteetti vaihtelivat kunkin sirun tarpeiden mukaan. (Tämä pätee myös muuntyyppisiin prosessoreihin, kuten GPU: ihin.)

Nykyään tyypillisessä huippuluokan suorittimessa on tason 1 (tai L1), L2 ja L3 välimuisti. L1-välimuisti on pieni ja se annetaan jokaiselle yksittäiselle ytimelle, jotta se käsittelee pieniä käskyjä mahdollisimman nopeasti. L2-välimuisti annetaan ydinklusterille yksinomaiseen käyttöön, mutta se on joskus suuruusluokkaa suurempi ja tallennettu yksittäisen ytimen ulkopuolelle. L3-välimuisti jaetaan yleensä kaikkien yhden CPU: n ytimien kesken, ja se on usein suurin ja viimeinen taso. Joissakin hyvin kapeassa CPU: ssa on jopa L4-välimuisti, joka ei yleensä ole itse suorittimessa, vaan pikemminkin CPU-paketissa oleva RAM-muisti, kuten 4. sukupolven Xeonin HBM2-välimuisti.

Mikä on 3D V-Cache?

3D V-Cache on yksinkertaisesti siru, jossa ei ole muuta kuin välimuisti, ja Ryzen 5000- ja Ryzen 7000 -suorittimet on suunniteltu 3D V-Cache -yhteensopivuutta ajatellen. Jokaisessa 3D V-Cache -sirussa tai sirussa on 64 Mt L3-välimuistia, mikä on kaksinkertainen määrä yksittäiseen Zen-laskentapiiriin verrattuna. Saatat ajatella, että 3D V-Cache pitäisi laskea L4-välimuistiksi, koska se ei ole osa itse suoritinta, mutta itse asiassa AMD asentaa nämä sirut pystysuoraan laskentasiruille, joissa kaikki ytimet ja välimuisti sijaitsevat, ja tämä on missä 3D V- Välimuistin brändäys tulee.

Ryzen 7 5800X3D oli ensimmäinen AMD-suoritin, joka käytti tätä tekniikkaa, ja sukupolvensa ainoana 3D V-Cache -suorittimena se oli pohjimmiltaan testiajo. Ryzen 7 5800X: ssä (ilman V-välimuistia) on 32 Mt L3:a, mutta 5800X3D: ssä on kolminkertainen 96 Mt. Koko tämän välimuistin lisäämisen tarkoitus oli estää CPU: ta tarvitsemasta kommunikoida RAM: n kanssa niin paljon kuin mahdollista, koska RAM on paljon hitaampi kuin L3-välimuisti. Useimmille sovelluksille tämä on aivan liikaa välimuistia, mutta on olemassa yksi ohjelmisto, joka rakastaa välimuistia: pelit.

Pelit eivät yleensä vaadi paljon suorittimen ytimiä ja raakaa hevosvoimaa toimiakseen hyvin, vaan ne vaativat prosessorin käsittelemään paljon pientä dataa mahdollisimman pian. Loppujen lopuksi useimmat PC-pelaajat haluavat pelata pelejään 60 FPS: n tai suuremmalla nopeudella, mikä tarkoittaa aivan uutta kehystä vähintään 16,67 ms: n välein. 5800X3D on ylhäällä Ryzen 9 5950X: n ja Core i9-12900K: n kanssa pelisuorituskyvyssä, ja se kestää edelleen hyvin Ryzen 9 7950X ja Core i9-13900K. Kun Ryzen 7000X3D -suorittimet markkinoille tänä vuonna, ne ovat lähes varmasti markkinoiden nopeimmat pelimerkit.

3D V-Cache ei kuitenkaan ole täydellinen, koska V-Cachea käyttävillä suorittimilla on alhaisemmat kellonopeudet kuin ei-3D-vastineilla. Ylimääräinen välimuisti kompensoi pelien alhaisemmat taajuudet, mutta muissa sovelluksissa suorituskyvyn heikkeneminen on pieni. Tästä syystä 3D V-Cache ei ehkä koskaan tule Ryzen-suorittimien oletusarvoksi.

Mitä erikoista 3D V-Cachessa on?

Loppujen lopuksi 3D V-Cache on vain siru, jossa on välimuisti ja 5800X3D: n loistava pelisuorituskyky on enemmän osoitus siitä, kuinka hyvä välimuisti on pelaamiseen sen sijaan, että 3D V-Cache tarjoaa uusia tasoja esitys. Mutta 3D V-Cache ei ole vallankumouksellinen välimuistin suhteen, vaan pikemminkin prosessorien rakentamisen kannalta ja mahdollinen ratkaisu yhteen alan suurimmista ongelmista: Mooren lain kuolemasta.

Vaikka valmistuskriisi ei olisi ollutkaan, 3D V-Cache on silti tehokas tapa tarjota harrastajatason tuotetta.

Mooren laki on ennuste, että kahden vuoden kuluttua nopeimmilla siruilla on kaksinkertainen transistorit verrattuna nopeimpiin nykyisiin siruihin. Transistori on prosessorin pienin komponentti, ja enemmän transistoreita tarkoittaa yleensä parempaa suorituskykyä. Koska prosessorit voivat olla vain niin suuria, Mooren lain odotusten täyttäminen tarkoittaa korkeamman saavuttamista tiheys, ja suurempi tiheys saavutetaan ensisijaisesti käyttämällä parempia valmistusprosesseja (kutsutaan myös solmut). Lyhyesti sanottuna teollisuus on perinteisesti pystynyt pysymään Mooren lain perässä käyttämällä uusinta prosessia tai solmua.

Viimeisen vuosikymmenen ajan Mooren laki on ollut elämän tukena, koska parempien uusien solmujen kehittäminen on ollut erittäin vaikeaa. Tiheyden kasvuvauhti on hidastunut niin merkittävästi, että yritykset eivät ehkä pysty täyttämään Mooren lain odotuksia, mikä tarkoittaa, että teknologinen kehitys on hidastunut. Erityisesti välimuisti on kestänyt hyvin tiheyden parannuksia, ja juuri viime vuonna TSMC ilmoitti, että sen alkuperäinen versio 3nm prosessista ei olisi suurempi kuin 5nm.

3D V-Cache on nerokas ratkaisu tähän ongelmaan. Sijoittamalla suurimman osan suorittimen välimuistista omalle piirilleen, AMD voi varata enemmän tilaa laskentapiirillä logiikkatransistoreille, jotka muodostavat yksittäisiä ytimiä ja joita on paljon helpompi pienentää kuin välimuistia. Lisäksi tämä tarkoittaa, että AMD voi käyttää vanhempia, halvempia solmuja V-Cache-siruille ja säästää samalla huippuluokan solmut laskentasiruille. Voimme jo nähdä AMD: n soveltavan tätä suunnitteluteoriaa grafiikkasuorittimiinsa; RX 7900 XTX ja XT on yksi GPU-pääsiru, jota ympäröi kuusi muuta sirua, jotka sisältävät kaiken L3-välimuistin.

Vaikka valmistuskriisi ei olisi ollutkaan, 3D V-Cache on silti tehokas tapa tarjota harrastajatason tuotetta. AMD: n ei tarvitse suunnitella prosessoria erityisesti pelaamista varten (mikä vaikeuttaisi AMD: n voittoa). AMD: n on saatava valtavirran prosessoreihinsa enemmän välimuistia kuin on tarpeen (mikä tekisi jokaisesta suorittimesta kohtuuttoman kallis). 3D V-Cache on niin yksinkertainen, mutta silti niin pelinvaihtaja; On mahdollista, jopa todennäköistä, että Intelin kaltaiset yritykset jäljittelevät 3D V-Cachen menestystä omilla välimuistisiruillaan.