Az AMD Zen architektúrája: az AMD Zen 4 CPU-k alapjai

Az AMD 2017-ben tért vissza a hátán Ryzen CPU-k, amelyek még mindig a legjobb, amit ma megvehetsz, és mindez lehetséges volt a cég vadonatúj Zen architektúrájának köszönhetően. A Zen sikere hat éven belül az AMD-t a majdnem csődből a világ egyik legkiválóbb technológiai vállalatává változtatta. Ez a Zen története, hogyan mentette meg az AMD-t, és hogyan nézhet ki a Zen jövője.

A zen rövid története

A 2000-es évek végén az AMD nem volt szerencséje. Csupán néhány évvel korábban úgy tűnt, hogy legendás Athlon asztali és Opteron szerver CPU-i készen állnak arra, hogy megdöntsék az Intelt, de végül az AMD elvesztette a markolatát, és az Intel rendbe tette a dolgát. Az AMD Phenom CPU-i egyszerűen nem álltak szemben az Intel Core architektúrájával, és valamin változtatni kellett, ha az AMD ismét vezető szerepet akart szerezni. Ezért a vállalat úgy döntött, hogy kifejleszti ezt a Bulldozer nevű architektúrát, és fogadott, hogy a többszálú munkaterhelés jelenti a számítástechnika jövőjét.

A buldózer nem csak rossz volt, objektíve ez volt a legrosszabb dolog, amit az AMD valaha kitalált. Az egyszálas teljesítménye szemét volt (az első generációs FX chipek valójában lassabbak voltak, mint a Phenom II CPU-k kicserélték), több tonna energiát fogyasztott, és a nap végén a többszálas teljesítménye a legjobb volt középszerű. A következő hat évben az AMD-nek ebből a szörnyű architektúrából kell kitartania, míg az Intel elérte felsőbbrendűsége csúcsát.

Szinte azonnal a Bulldozer összeomlása után az AMD rájött, hogy egy egyszerű átdolgozás nem fogja megszakítani, és elkezdett dolgozni egy vadonatúj architektúrán. Ez az architektúra az Intel mintájára készülne: nagy egyszálú teljesítmény, iparágra jellemző magok és szálak, és az a fajta rugalmasság, amely a legalacsonyabb fogyasztói CPU-któl a legmagasabb kategóriás szerverekig mindenre alkalmassá tette hasábburgonya. Az AMD ezt az architektúrát később Zennek nevezte el, és az első Zen CPU-k 2017-es piacra dobása egy újat jelentett. az AMD kezdete, és bár a Zent nem igazán lehetett összehasonlítani az Intel Core architektúrájával, nem volt messze ki.

Míg a számítástechnikai ipar, a CPU-rajongók, sőt maga az AMD is azt várta, hogy a teljesítményben vezető szerephez vezető út hosszú lesz, valójában ez meglehetősen rövid volt. A Zen 2, a Zen utódja 2019-ben indult, és nagyjából mindenkit sokkolt azzal, hogy kifújta az Intelt a vízből. Az AMD szinte minden szegmensben hatalmas előnyre tett szert a többszálas teljesítmény terén, és lényegesen jobb energiahatékonyságot mutatott gyakorlatilag minden terhelést, és még az Intelt is felülmúlta az egyszálas teljesítményben, amire az AMD több mint egy évtizede nem volt képes.

Innentől kezdve az AMD számára könnyebbé vált az út. A szerverpiac volt (és továbbra is az) a legfontosabb terület az AMD számára, ahol előrelépést kellett elérniük Amikor a Zen 3 2020-ban megjelent, az AMD a piac 7%-át birtokolta, szemben a Zen megjelenése előtti közel 0%-kal. ki. Ez még könnyebbé vált annak köszönhetően, hogy az Intel teljesen elrontotta a nagy teljesítményű 10 nm-es CPU-k piacra dobására vonatkozó terveit, így az AMD szembeszállt az elavult és gyakorlatilag elavult 14 nm-es chipekkel. amelyek az Intel valaha készült legrosszabbjai közé tartoznak.

2021 végére azonban az Intel végre összeszedte magát, és piacra dobta 10 nm-es Alder Lake chipjeit. Világossá vált, hogy az AMD elvesztette a piac nyomát, és túlságosan megragadta teljesítménybeli vezető szerepét, mivel az Intel nem rendelkezik vele 300 dollár alatti verseny az asztali gépeken, mivel az AMD soha nem törődött a Ryzen 5000-es lapkák piacra dobásával, amíg az Intel nem kényszerítette probléma. Az Alder Lake piacra dobását követő hónapok kissé durvák voltak az AMD számára, de továbbra is előnyben volt a szerverpiacon, és a Ryzen 7 5800X3D-nek és annak köszönhetően újra megszerezte a vezető szerepet a játékban. 3D V-Cache.

Ma a Zen a negyedik nagyobb iterációnál tart, a Zen 4 2022 végén jelent meg. Ryzen 7000 sorozat és Epyc 4. generáció. A Zen architektúrának ez a legújabb verziója a nagy teljesítményre összpontosít, ami éles ellentétben áll az eredeti Zen architektúrával, amely a jobb értékre összpontosított. Bár a Zen 4 jelentősen eltér az eredeti Zen-től, van néhány alap, amit az AMD még nem engedett el, és valószínűleg egy ideig nem is fog.

CCX-ek, chipletek és magok

Míg az AMD az évek során sok mindent javított Zen architektúráján, sok minden van a Zen-ben amelyek alapvetően igazak a kezdetektől fogva, és néhány új dolog, ami alakítani fogja a zen működését előre. A CCX-ekről, chipletekről és magokról beszélek, a modern Zen chipek alapvető szempontjairól.

A Zen architektúra erőteljes, de nem annyira rugalmas, mint az olyan cégek, mint az Intel, versenytárs tervei. Míg a legtöbb CPU legkisebb építőköve a mag, a Zen esetében ez a Core Complex vagy CCX. A CCX magok fürtje, és (az írás idején) két, négy vagy nyolc magot tartalmazhat, saját L3 gyorsítótárral rendelkezik, és működik más CCX-ekkel ugyanabban a CPU-ban. A CCX lényegében egy teljes CPU önmagában, ami jó és rossz is. Mindegyik CCX önmagában nagyon képes, de a CCX-ek közötti kommunikáció jelentős időt vesz igénybe, ami csökkenti a teljesítményt.

Az AMD számára a CCX általános jellege megnehezíti bizonyos magszámok felkínálását. Például, ha az AMD hatmagos CPU-t akar készíteni, akkor nem tud csak hatmagos chipet fejleszteni, mert az AMD-nek nincs hatmagos CCX-je. Kezdetben az AMD-nek csak négymagos CCX-je volt, így a CCX-ek közül kettővel kellett egy chipet venni, és mindegyiken le kellett tiltania egy magot, hogy hatmagos CPU-t kapjon. Ma az AMD egy nyolcmagos CCX-szel ellátott chipet vesz fel, és letilt rajta két magot, hogy hatmagos legyen. Technikailag az AMD képes kombinálni a különböző méretű CCX-eket, hogy több lehetőséget kapjon, de erről később beszélek.

A Zen 2-vel az AMD chipleteket fejlesztett ki, hogy a Zent még erősebbé tegye. Míg az eredeti Zen architektúra egyszerűen több CPU-t fűzött össze a nagyobb magszám elérése érdekében, a Zen A 2 chiplet radikális koncepciót vezetett be azzal, hogy a CPU magokat a saját chipjeire helyezte, és minden mást egy másik. A chiplet kialakítása szemben áll a hagyományos monolitikus kialakítással, amelyben az összes CPU funkció egyetlen chipen található. A magokkal rendelkező chipleteket Core Complex Dies-nek (vagy CCD-nek) nevezik, amelyek egy vagy két CCX-et tartalmazhatnak, a többi chipleteket pedig az I/O Dies-ek (vagy IOD-k).

A chipleteknek számos előnye van, amelyek összhangban állnak az AMD azon céljával, hogy takarékosan építsenek CPU-kat. Először is, olcsóbb sok kis zsetont készíteni, mint egy ugyanolyan jellemzőkkel rendelkező nagyot. Másodszor, megkönnyíti a rendkívül magas magszámú CPU-k készítését, mivel csak több chipet kell hozzáadnia. A legnagyobb előny talán a rugalmasság, hiszen az AMD nagyjából a teljes asztali számítógépek és szerverek piacát le tudja fedni. egyfajta CCD és kétféle IOD. Az AMD már rendelkezik 3D V-Cache nevű gyorsítótár chipletekkel is a még nagyobb rugalmasság és testreszabás.

Az AMD legújabb innovációja a Zen magok sűrűbb változatainak bevezetése a Zen 4c-vel. A Zen architektúrának ezek a sűrű változatai teljesen megegyeznek a hagyományos verziókkal kivéve sokkal kisebbek, így az AMD 16 magos Zen 4c CCD-je ugyanolyan méretű lehet, mint a nyolcmagos Zen 4 CCD. Ez a megnövekedett sűrűség azonban megakadályozza, hogy a c-típusú magok elérjék a normál magok órajelét. Ez a Zen c-variáns magokat preferáltabbá teszi a nagy magszámú CPU-k számára, amelyeknek nincs szükségük nagy egyszálú teljesítményre.

Az ilyen típusú magok hasznosak a fogyasztói alkalmazásokban is. AMD Phoenix 2 APU egy kétmagos Zen 4 CCX-et kombinál egy négymagos Zen 4c CCX-szel, amely az első, amely különböző méretű CCX-eket kombinál. Két különböző mag használatát hibrid architektúrának nevezik, és az egész ötlet az, hogy a rendszeres a magokat egyszálú munkaterhelésekhez használják, míg a c típusú magok a többszálú munkaterhelések. Bár ez a chip szokatlanul az AMD-re specializálódott, valójában alacsonyabb kategóriás Ryzen APU-khoz is használható, ha a nem hibrid Phoenix chip nem elérhető.

A Zen architektúrával az AMD egyedülállóan arra összpontosított, hogy a lehető legszélesebb körben lefedje a piacot anélkül, időt és erőforrásokat pazarol a processzorok fejlesztésére, amit az AMD viszonylag kis mérete miatt nem engedhet meg magának. Ahelyett, hogy a számítástechnikai ipar egyes szegmenseit másként kezelné, az AMD általános megközelítést alkalmaz, és csak néhány tervet és egyedi chipet fejleszt ki, hogy mindent lefedjen. Míg az Intel négy tervet készített az Alder Lake-hez, amelyek csak asztali számítógépekre és laptopokra vonatkoztak, az AMD egyetlen Zen 3 CCX dizájnt használt az asztali számítógépekhez, laptopokhoz és szerver CPU-khoz.

A zen jövője

Mivel egy ilyen innovatív és okos cég, soha nem könnyű kitalálni, mit fog tenni az AMD ezután. Az AMD nyilvánosságra hozta, hogy 2024-ben tervezi a Zen 5 CPU-k piacra dobását, de ezen túlmenően semmi biztosat nem tudunk. Talán látni fogjuk, hogy az AMD a hibrid CPU-k szélesebb választékát kínálja majd, talán még olyanokat is, amelyek hagyományos és c-variáns CCD-ket kombinálnak, hogy mindkét világból a legjobbat kínálják asztali számítógépek és szerverek számára.

Nem hagyhatjuk figyelmen kívül az AMD versenytársait, elsősorban az Intelt és az Armot sem, amikor a Zen jövőjéről van szó. Noha a Zen tagadhatatlanul jó architektúra, az AMD sikereinek nagy része az eredeti Zen architektúra bevezetése óta az Intel 2010-es években elkövetett stratégiai hibáinak köszönhető. De nem csak az Intel végre felépítette saját visszatérését, hanem egy új kihívó is közeledik, ahogy az Arm bekúszik a PC-kbe és a szerverekbe. Ha az AMD meg akarja tartani és javítani akarja pozícióját, a Zen-nek minden generációban jobbnak kell lennie.