Cos'è Ryzen 3D V-Cache e perché è utile per i giochi?

Core e frequenze erano le specifiche principali che le persone guardavano quando acquistavano una CPU, ma la tecnologia 3D V-Cache di AMD ha cambiato tutto questo. Il Ryzen 7 5800X3D nel 2022 ha dimostrato che la cache è il fattore più importante quando si tratta di prestazioni di gioco e AMD lo era in grado di trasformare una CPU da gioco di fascia media in un concorrente per la corona di gioco semplicemente aggiungendo quello che l'azienda ha soprannominato il suo "3D V-Cache".

3D V-Cache non è solo una parola d'ordine di marketing o un espediente come "l'elaborazione esplosiva" di Sega Genesis, ma piuttosto una soluzione a uno dei maggiori problemi che l'industria dei semiconduttori abbia mai affrontato. Anche senza questo, 3D V-Cache ha dimostrato di essere un ottimo modo per offrire CPU ancora più premium e di fascia alta senza troppi sforzi da parte di AMD.

Cos'è la cache?

Prima ancora di parlare di 3D V-Cache, dobbiamo parlare della normale vecchia cache. Molto tempo fa, i computer utilizzavano due tipi fondamentali di archiviazione: dischi rigidi e memoria ad accesso casuale (RAM). I dischi rigidi sono lenti ma possono memorizzare molti dati, mentre la RAM può memorizzare solo una piccola quantità di dati ma è molto veloce. Questa disposizione ha funzionato bene fino a quando il ritmo dei miglioramenti delle prestazioni della CPU non ha iniziato a superare la RAM negli anni '90 e la RAM doveva diventare più veloce in modo che i processori non fossero colli di bottiglia.

La soluzione era la cache. Questo tipo di memoria è a quantità più piccolo della RAM ma ha prestazioni ancora maggiori e si trova proprio nel processore piuttosto che da qualche parte sulla scheda madre. Ciò ha creato una gerarchia di memoria, con la cache in alto, la RAM al centro e l'archiviazione (come dischi rigidi e unità a stato solido) in basso. Ma la cache alla fine ha sviluppato le proprie gerarchie, con diversi livelli di prestazioni e capacità per soddisfare le esigenze di ciascun chip. (Questo vale anche per altri tipi di processori come le GPU.)

Oggi, la tipica CPU di fascia alta ha cache di livello 1 (o L1), L2 e L3. La cache L1 è minuscola e viene assegnata a ogni singolo core per elaborare piccole istruzioni il più rapidamente possibile. La cache L2 viene assegnata a un cluster di core per uso esclusivo ma è più grande, a volte di un ordine di grandezza, e viene archiviata all'esterno di ogni singolo core. La cache L3 è generalmente condivisa da tutti i core su una singola CPU ed è spesso il livello più grande e finale. Alcune CPU di nicchia sono persino dotate di cache L4, che di solito non si trova sulla CPU stessa ma piuttosto un tipo di RAM inserita nel pacchetto della CPU, come la cache HBM2 di 4a generazione Xeon.

Cos'è 3D V-Cache?

3D V-Cache è semplicemente un chip che non contiene nient'altro che cache e le CPU Ryzen 5000 e Ryzen 7000 sono progettate pensando alla compatibilità 3D V-Cache. Ogni chip 3D V-Cache, o chiplet, ha 64 MB di cache L3 su di esso, il doppio della quantità di un singolo chiplet di elaborazione Zen. Potresti pensare che 3D V-Cache dovrebbe contare come cache L4 poiché non fa parte della CPU stessa, ma AMD in realtà installa questi chiplet verticalmente sui chiplet di calcolo, dove si trovano tutti i core e la cache, e questo è dove il 3D V-Proviene il marchio della cache.

Il Ryzen 7 5800X3D è stata la primissima CPU AMD a utilizzare questa tecnologia e, essendo l'unica CPU 3D V-Cache della sua generazione, è stata sostanzialmente una prova. Il Ryzen 7 5800X (senza V-Cache) ha 32 MB di L3, ma il 5800X3D ne ha il triplo a 96 MB. Lo scopo dell'aggiunta di tutta questa cache era impedire alla CPU di dover comunicare il più possibile con la RAM poiché la RAM è molto più lenta della cache L3. Per la maggior parte delle applicazioni, questa è troppa cache, ma c'è un tipo di software che ama la cache: i giochi.

I giochi in genere non richiedono molti core della CPU e potenza pura per funzionare bene, ma richiedono piuttosto che la CPU elabori molti piccoli dati il ​​prima possibile. Dopotutto, la maggior parte dei giocatori su PC desidera eseguire i propri giochi a 60 FPS o superiore, il che significa un frame nuovo di zecca almeno ogni 16,67 ms. Il 5800X3D è all'altezza del Ryzen 9 5950X e del Core i9-12900K nelle prestazioni di gioco, e regge ancora bene contro il Ryzen 97950X E Nucleo i9-13900K. Quando CPU Ryzen 7000X3D lanciati quest'anno, saranno quasi certamente i chip di gioco più veloci sul mercato.

Detto questo, 3D V-Cache non è perfetto, poiché le CPU che utilizzano V-Cache hanno velocità di clock inferiori rispetto alle loro controparti non 3D. La cache extra compensa le frequenze più basse nei giochi, ma in altre applicazioni c'è una piccola perdita di prestazioni. Per questo motivo, 3D V-Cache potrebbe non diventare mai l'impostazione predefinita per le CPU Ryzen.

Cosa c'è di così speciale in 3D V-Cache?

Alla fine della giornata, 3D V-Cache è solo un chip con cache e le grandi prestazioni di gioco del 5800X3D è più indicativo di quanto sia grande la cache per i giochi piuttosto che 3D V-Cache che offre nuovi livelli di prestazione. Ma 3D V-Cache non è rivoluzionario per la cache, ma piuttosto per il modo in cui vengono costruiti i processori e una potenziale soluzione a uno dei maggiori problemi del settore: la morte della Legge di Moore.

Anche se non c'è stata una crisi di produzione, 3D V-Cache è ancora un modo efficace per offrire un prodotto a livello di appassionati.

La legge di Moore prevede che i chip più veloci tra due anni avranno il doppio dei transistor dei chip più veloci che esistono oggi. Un transistor è il componente più piccolo di un processore e più transistor di solito significano prestazioni migliori. Poiché i processori possono essere solo così grandi, soddisfare le aspettative della legge di Moore significa ottenere risultati migliori densità e una maggiore densità si ottiene principalmente attraverso l'utilizzo di processi di produzione migliori (chiamati anche nodi). In breve, l'industria è stata tradizionalmente in grado di tenere il passo con la legge di Moore utilizzando l'ultimo processo o nodo.

Negli ultimi dieci anni, la legge di Moore è stata mantenuta in vita perché lo sviluppo di nuovi nodi migliori è stato estremamente difficile. Il ritmo dell'aumento della densità è rallentato in modo così significativo che le aziende potrebbero non essere in grado di soddisfare le aspettative della legge di Moore, il che significa che il progresso tecnologico sta rallentando. La cache, in particolare, è stata molto resistente ai miglioramenti della densità e proprio l'anno scorso TSMC ha annunciato che la sua versione iniziale del processo a 3 nm non avrebbe avuto una densità della cache maggiore di 5 nm.

3D V-Cache è una soluzione geniale a questo problema. Mettendo la maggior parte della cache della CPU sul proprio chiplet, AMD può dedicare più spazio sui chip di elaborazione ai transistor logici, che costituiscono i singoli core e sono molto più facili da ridurre rispetto alla cache. Inoltre, ciò significa che AMD può utilizzare nodi più vecchi ed economici per i chip V-Cache salvando i nodi all'avanguardia per i chiplet di elaborazione. Possiamo già vedere AMD applicare questa teoria del design alle sue GPU; RX 7900 XTX e XT hanno un chip GPU principale circondato da altri sei chiplet che contengono tutta la cache L3.

Anche se non c'è stata una crisi di produzione, 3D V-Cache è ancora un modo efficace per offrire un prodotto a livello di appassionati. AMD non ha bisogno di progettare una CPU specifica per i giochi (il che renderebbe difficile per AMD realizzare un profitto), né lo fa AMD deve fare in modo che le sue CPU mainstream siano dotate di più cache del necessario (il che renderebbe ogni CPU proibitiva costoso). 3D V-Cache è così semplice ma un tale punto di svolta; è possibile, anche probabile, che vedremo aziende come Intel replicare il successo di 3D V-Cache con i propri chip di cache.