מהו Ryzen 3D V-Cache, ולמה הוא טוב למשחקים?

ליבות ותדרים היו בעבר המפרט העיקרי שאנשים הסתכלו עליהם בעת רכישת מעבד, אבל טכנולוגיית ה-V-Cache התלת-ממדית של AMD שינתה את כל זה. ה-Ryzen 7 5800X3D בשנת 2022 הוכיח שהמטמון הוא הגורם החשוב ביותר בכל הנוגע לביצועי המשחקים, ו-AMD היה מסוגל להפוך מעבד גיימינג בינוני למתחרה על כתר המשחקים רק על ידי הוספת מה שהחברה כינתה "תלת מימד" V-Cache".

3D V-Cache הוא לא רק מילת באז שיווקית או גימיק כמו "עיבוד הפיצוץ" של Sega Genesis אלא פתרון לאחת הבעיות הגדולות ביותר אי פעם התמודדה תעשיית המוליכים למחצה. גם בלי זה, 3D V-Cache הוכיח את עצמו כדרך מצוינת להציע אפילו יותר מעבדי פרימיום ומתקדמים ללא מאמץ רב מצד AMD.

מה זה מטמון?

לפני שאנחנו בכלל מדברים על 3D V-Cache, אנחנו צריכים לדבר על מטמון ישן רגיל. לפני זמן רב, מחשבים השתמשו בשני סוגים בסיסיים של אחסון: כוננים קשיחים וזיכרון גישה אקראית (RAM). כוננים קשיחים הם איטיים אבל יכולים לאחסן הרבה נתונים, בעוד ש-RAM יכול לאחסן רק כמות קטנה של נתונים אבל הם מהירים מאוד. הסדר זה עבד היטב עד שקצב שיפורי ביצועי המעבד החל לעלות על זיכרון ה-RAM בשנות ה-90, ו-RAM היה צריך להיות מהיר יותר כדי שהמעבדים לא יהיו צווארי בקבוק.

הפתרון היה מטמון. זיכרון מסוג זה הוא א מִגרָשׁ קטן יותר מזיכרון RAM אבל יש לו ביצועים גדולים עוד יותר, והוא ממוקם ממש במעבד ולא במקום כלשהו בלוח האם. זה יצר היררכיית זיכרון, עם מטמון בחלק העליון, זיכרון RAM באמצע ואחסון (כמו כוננים קשיחים וכונני מצב מוצק) בחלק התחתון. אבל המטמון פיתח בסופו של דבר היררכיות משלו, עם רמות שונות של ביצועים וקיבולת כדי להתאים לצרכים של כל שבב. (זה חל גם על סוגים אחרים של מעבדים כמו GPUs.)

כיום, למעבד היוקרתי הטיפוסי יש מטמון ברמה 1 (או L1), L2 ו-L3. מטמון L1 הוא זעיר וניתן לכל ליבה בודדת כדי לעבד הוראות קטנות במהירות האפשרית. מטמון L2 ניתן לאשכול ליבות לשימוש בלעדי אך הוא גדול יותר, לפעמים בסדר גודל, ומאוחסן מחוץ לכל ליבה בודדת. מטמון L3 משותף בדרך כלל לכל הליבות במעבד יחיד ולעתים קרובות הוא הרובד הגדול והסופי. כמה מעבדים נישתיים מאוד מגיעים אפילו עם מטמון L4, שבדרך כלל לא נמצא במעבד עצמו אלא סוג של זיכרון RAM שמותקן על חבילת ה-CPU, כמו מטמון HBM2 של Xeon מהדור הרביעי.

מהו 3D V-Cache?

3D V-Cache הוא פשוט שבב שאין עליו דבר מלבד מטמון, ומעבדי Ryzen 5000 ו-Ryzen 7000 תוכננו תוך מחשבה על תאימות V-Cache 3D. כל שבב 3D V-Cache, או שבב, מכיל 64MB של מטמון L3, כפול מהכמות של שבב מחשוב זן יחיד. אתה עשוי לחשוב ש-3D V-Cache צריך להיחשב כמטמון L4 מכיוון שהוא לא חלק מהמעבד עצמו, אבל AMD למעשה מתקין את הצ'יפלטים הללו בצורה אנכית על שבבי מחשוב, שם כל הליבות והמטמון ממוקמים, וזה איפה ה 3D V-מיתוג מטמון מגיע מ.

ה-Ryzen 7 5800X3D היה המעבד הראשון של AMD שהשתמש בטכנולוגיה הזו, וכמעבד ה-V-Cache התלת-ממדי היחיד בדורו, זה היה בעצם ריצת מבחן. ל-Ryzen 7 5800X (ללא V-Cache) יש 32MB של L3, אבל ל-5800X3D יש פי שלושה ב-96MB. כל העניין בהוספת כל המטמון הזה היה למנוע מה-CPU להזדקק לתקשורת עם ה-RAM ככל האפשר מכיוון ש-RAM הוא הרבה יותר איטי מ-L3 cache. עבור רוב היישומים, זה יותר מדי מטמון, אבל יש סוג אחד של תוכנות שאוהבות מטמון: משחקים.

משחקים בדרך כלל אינם דורשים הרבה ליבות מעבד וכוחות סוס גולמיים כדי לפעול היטב, אלא דורשים מהמעבד לעבד הרבה נתונים קטנים בהקדם האפשרי. אחרי הכל, רוב שחקני המחשב רוצים להריץ את המשחקים שלהם במהירות של 60 FPS ומעלה, מה שאומר מסגרת חדשה לגמרי לפחות כל 16.67ms. ה-5800X3D נמצא שם למעלה עם Ryzen 9 5950X ו-Core i9-12900K בביצועי המשחקים, והוא עדיין מחזיק מעמד היטב מול Ryzen 9 7950X ו Core i9-13900K. מתי מעבדי Ryzen 7000X3D שהושק השנה, הם יהיו כמעט בוודאות שבבי הגיימינג המהירים ביותר בשוק.

עם זאת, 3D V-Cache אינו מושלם, מכיוון שלמעבדים המשתמשים ב-V-Cache מהירויות שעון נמוכות יותר מאשר לעמיתיהם שאינם 3D. המטמון הנוסף מפצה על התדרים הנמוכים יותר במשחקים, אך ביישומים אחרים יש אובדן ביצועים קטן. מסיבה זו, 3D V-Cache לעולם לא יהפוך לברירת המחדל עבור מעבדי Ryzen.

מה כל כך מיוחד ב-3D V-Cache?

בסופו של יום, 3D V-Cache הוא רק שבב עם מטמון עליו וביצועי המשחקים הנהדרים של ה-5800X3D מעיד יותר על כמה המטמון מעולה למשחקים במקום 3D V-Cache שמציע רמות חדשות של ביצועים. אבל 3D V-Cache אינו מהפכני עבור מטמון, אלא לאופן שבו נבנים מעבדים ופתרון פוטנציאלי לאחת הבעיות הגדולות ביותר של התעשייה: מותו של חוק מור.

גם אם לא היה משבר בייצור, 3D V-Cache הוא עדיין דרך יעילה להציע מוצר ברמת חובבים.

חוק מור הוא תחזית שלשבבים המהירים ביותר בעוד שנתיים מהיום יהיו טרנזיסטורים כפולים מהשבבים המהירים ביותר שקיימים כיום. טרנזיסטור הוא הרכיב הקטן ביותר של מעבד, ויותר טרנזיסטורים פירושם בדרך כלל ביצועים טובים יותר. מכיוון שמעבדים יכולים להיות רק כל כך גדולים, עמידה בציפיות של חוק מור פירושה הישג גבוה יותר צפיפות, וצפיפות גבוהה יותר מושגת בעיקר באמצעות תהליכי ייצור טובים יותר (נקראים גם צמתים). בקיצור, התעשייה הצליחה באופן מסורתי לעמוד בקצב של חוק מור על ידי שימוש בתהליך או בצומת העדכניים ביותר.

בעשור האחרון, חוק מור היה על תמיכת חיים מכיוון שפיתוח צמתים חדשים טובים יותר היה קשה ביותר. קצב הגדלת הצפיפות הואט באופן משמעותי עד כדי כך שחברות אולי לא יוכלו לעמוד בציפיות של חוק מור, מה שאומר שההתקדמות הטכנולוגית מואטת. המטמון, במיוחד, היה עמיד מאוד בפני שיפורים בצפיפות, ורק בשנה שעברה, TSMC הודיעה על הגרסה הראשונית שלה לתהליך ה-3nm לא תהיה צפיפות מטמון גדולה יותר מ-5nm.

3D V-Cache הוא פתרון גאוני לבעיה זו. על ידי הצבת רוב המטמון של ה-CPU על שבב משלה, AMD יכולה להקדיש יותר מקום בשבבי המחשוב לטרנזיסטורים לוגיים, המרכיבים ליבות בודדות והרבה יותר קל לכווץ אותם מאשר מטמון. בנוסף, המשמעות היא ש-AMD יכולה להשתמש בצמתים ישנים וזולים יותר עבור שבבי V-Cache תוך שמירת הצמתים החדישים עבור שבבי המחשוב. אנחנו כבר יכולים לראות את AMD מיישמת את תיאוריית העיצוב הזו על ה-GPUs שלה; ה-RX 7900 XTX ו-XT יש להם שבב GPU ראשי אחד מוקף בשישה שבבים אחרים המכילים את כל המטמון L3.

גם אם לא היה משבר בייצור, 3D V-Cache הוא עדיין דרך יעילה להציע מוצר ברמת חובבים. AMD לא צריכה לעצב מעבד במיוחד למשחקים (מה שיקשה על AMD להרוויח), וגם לא AMD צריכה לגרום למעבדים המיינסטרים שלה להגיע עם יותר מטמון מהנדרש (מה שיגרום לכל מעבד לאין ערוך יָקָר). 3D V-Cache הוא כל כך פשוט אך מחליף משחק כזה; זה אפשרי, אפילו סביר, שנראה חברות כמו אינטל משכפלות את ההצלחה של 3D V-Cache עם שבבי מטמון משלהן.