AMD の Zen アーキテクチャ: AMD の Zen 4 CPU の基礎

AMD は 2017 年に、 Ryzen CPU、まだその一部です。 今日買える最高のもの、そしてそれはすべて、同社のまったく新しい Zen アーキテクチャのおかげで可能になりました。 Zen の成功により、AMD は 6 年間のうちに、破産寸前から世界で最も優れたテクノロジー企業の 1 つに成長しました。 これは、Zen の物語、Zen がどのように AMD を救ったのか、そして Zen の未来はどのようなものになるのかについてです。

禅の簡単な歴史

2000 年代後半、AMD は運が悪かった。 ほんの数年前までは、同社の伝説的な Athlon デスクトップ CPU と Opteron サーバー CPU が Intel を打倒しそうな勢いだったが、最終的には AMD がその支配力を失い、Intel はその行為を一掃した。 AMD の Phenom CPU は Intel の Core アーキテクチャに対抗できず、AMD が再びリーダーシップを発揮したいのであれば、何かを変える必要がありました。 そこで同社は、Bulldozer と呼ばれるこのアーキテクチャを開発し、マルチスレッド ワークロードがコンピューティングの未来であることに賭けることにしました。

ブルドーザーはただ悪かっただけではなく、 客観的に見て、これはAMDがこれまでに考え出した中で最悪のものでした. シングルスレッドのパフォーマンスは最悪でした (第一世代の FX チップは実際には Phenom II CPU よりも遅かったです) 置き換えられました）、大量の電力を消費し、結局のところ、マルチスレッドのパフォーマンスは最高でした 平凡な。 Intelが覇権の頂点に達するまで、今後6年間、AMDはこのひどいアーキテクチャで生き延びなければならないことになる。

Bulldozer の大失敗のほぼ直後、AMD は単純な作り直しでは解決しないことに気づき、まったく新しいアーキテクチャの開発に取り組み始めました。 このアーキテクチャは、Intel をモデルとしており、高いシングルスレッド パフォーマンス、業界標準のコアとスレッド、 ローエンドのコンシューマ CPU からハイエンドのサーバーまであらゆるものに適した柔軟性 チップス。 AMD は後にこのアーキテクチャを Zen と名付け、2017 年に最初の Zen CPU を発売したことで、新たなアーキテクチャがマークされました。 AMD から始まり、Zen は Intel の Core アーキテクチャと完全に比較することはできませんでしたが、それほど遠くありませんでした オフ。

コンピューティング業界、CPU 愛好家、さらには AMD 自体も、パフォーマンスのリーダーへの道は長いと予想していましたが、実際には非常に短かったです。 Zen の後継である Zen 2 は 2019 年に発売され、Intel を水面下から吹き飛ばしてほぼすべての人に衝撃を与えました。 AMD は、ほぼすべてのセグメントでマルチスレッド パフォーマンスで大幅なリードを獲得し、電力効率が大幅に向上しました。 事実上あらゆるワークロードに対応し、AMD が 10 年以上達成できなかったシングルスレッドのパフォーマンスでも Intel を上回りました。

ここから、AMDにとって道はさらに簡単になりました。 サーバー市場は、AMD にとって進歩すべき最も重要な分野でした (そして今もそうです)。 2020 年に Zen 3 が登場したとき、AMD は市場の 7% を支配しており、Zen が登場する前のほぼ 0% から増加しました。 外。 これは、Intel が強力な 10nm CPU を発売する計画を完全に台無しにして、AMD が時代遅れで事実上廃止された 14nm チップと対決することになったおかげで、さらに簡単になりました。 これらはインテルがこれまでに作った最悪のものの一部です.

しかし、2021年末までに、Intelはついに行動を起こし、10nm Alder Lakeチップを発売しました。 Intel には市場の優位性がなかったため、AMD が市場を見失い、自社のパフォーマンスのリーダーシップに囚われすぎていることがかなり明らかになりました。 Intelが強制的にRyzen 5000チップを導入するまで、AMDは低価格のRyzen 5000チップを発売することを気にしなかったため、デスクトップでは300ドル以下の競争が発生しました。 問題。 Alder Lake の発売後の数か月間は AMD にとって少々厳しい状況でしたが、Ryzen 7 5800X3D とそのおかげでサーバー市場では依然として優位性を保ち、ゲームのリードを取り戻しました。 3D Vキャッシュ.

現在、Zen は 4 回目の大きなバージョンアップを行っており、Zen 4 は 2022 年末にリリースされました。 Ryzen7000シリーズ そしてEpyc第4世代。 Zen アーキテクチャのこの最新バージョンは、高いパフォーマンスに重点を置いており、より優れた価値を重視した元の Zen アーキテクチャとは対照的です。 Zen 4 はオリジナルの Zen とは大きく異なりますが、AMD がまだ手放しておらず、おそらくしばらくは手放さない基本がいくつかあります。

CCX、チップレット、コア

AMD は長年にわたって Zen アーキテクチャの多くの点を改善してきましたが、Zen についても多くの点があります それは最初から基本的に真実であり、禅の方向性を形作るいくつかの新しいこと フォワード。 私は、最新の Zen チップの基本的な側面である CCX、チップレット、コアについて話しています。

Zen アーキテクチャは強力ですが、Intel などの競合する設計ほど柔軟性がありません。 ほとんどの CPU の最小構成要素はコアですが、Zen の場合、それはコア コンプレックス (CCX) です。 CCX はコアのクラスターであり、(執筆時点では) 2、4、または 8 個のコアを含めることができ、独自の L3 キャッシュを持ち、同じ CPU 内の他の CCX と連携して動作します。 CCX は本質的にそれ自体が完全な CPU であり、これは良い点でもあり、悪い点でもあります。 各 CCX はそれ自体で非常に優れた機能を備えていますが、CCX 間の通信にはかなりの時間がかかり、パフォーマンスが低下します。

AMD の場合、CCX の汎用的な性質により、特定のコア数を提供することが困難になります。 たとえば、AMD が 6 コアの CPU を作りたい場合、AMD には 6 コアの CCX がないため、単に 6 コアのチップを開発することはできません。 当初、AMD には 4 コア CCX しかなかったので、6 コア CPU を取得するには、それらの CCX を 2 つ搭載したチップを使用し、それぞれのコアを無効にする必要がありました。 現在、AMD は 8 コア CCX を搭載したチップを採用し、その上の 2 コアを無効にして 6 コアに減らしています。 技術的には、AMD は異なるサイズの CCX を組み合わせてより多くのオプションを得ることができますが、それについては後で説明します。

Zen 2 では、AMD は Zen をさらに強力にするチップレットを開発しました。 オリジナルの Zen アーキテクチャは、コア数を増やすために複数の CPU を単につなぎ合わせただけでしたが、Zen 2 チップレットは、CPU コアを独自のチップに搭載し、他のすべてをチップ上に搭載するという革新的なコンセプトを導入しました。 別の。 チップレット設計は、すべての CPU 機能が単一のチップ上に存在する従来のモノリシック設計とは対照的です。 コアを備えたチップレットはコア コンプレックス ダイ (または CCD) と呼ばれ、これには 1 つまたは 2 つの CCX を含めることができ、その他すべてを備えたチップレットは I/O ダイ (または IOD) と呼ばれます。

チップレットには、CPU を効率的に構築するという AMD の目標に沿った多くの利点があります。 まず、同じ特性を持つ大きなチップを作るよりも、小さなチップをたくさん作る方がコストが安くなります。 次に、チップを追加するだけなので、非常に多くのコア数を備えた CPU を簡単に作成できます。 AMD はデスクトップおよびサーバー市場のほぼ全体をカバーできるため、おそらく最大の利点は柔軟性です。 1種類のCCDと2種類のIOD。 AMD には、柔軟性をさらに高めるために 3D V-Cache と呼ばれるキャッシュ チップレットも搭載されています。 カスタマイズ。

AMD の最新のイノベーションは、Zen 4c による Zen コアのより高密度なバリアントの導入です。 Zen アーキテクチャのこれらの高密度バージョンは、通常のバージョンと完全に同一です。 ただし、はるかに小さいため、AMD の 16 コア Zen 4c CCD は 8 コア Zen と同じサイズになります。 4CCD。 ただし、その密度の増加により、C タイプ コアは通常のコアが達成できるクロック速度に達することができなくなります。 このため、優れたシングル スレッド パフォーマンスを必要としないコア数の多い CPU には、Zen c-variant コアがより好まれます。

この種のコアはコンシューマ アプリケーションにも役立ちます。 AMDのPhoenix 2 APU 2 コア Zen 4 CCX と 4 コア Zen 4c CCX を組み合わせたもので、異なるサイズの CCX を組み合わせた初めての製品です。 2 つの異なるコアを使用することはハイブリッド アーキテクチャと呼ばれ、全体的な考え方は、通常のコアが コアはシングルスレッドのワークロードに使用されますが、C タイプのコアはマルチスレッドのワークロードに役立ちます。 作業量。 このチップは珍しく AMD に特化しているように見えますが、非ハイブリッド Phoenix チップが利用できない場合に備えて、実際にはローエンド Ryzen APU にも使用できます。

Zen アーキテクチャにより、AMD は、市場を最も広範にカバーする方法に特に焦点を当ててきました。 プロセッサの開発には時間とリソースが浪費されますが、AMD は比較的サイズが小さいため、これを行う余裕がありません。 AMD はコンピューティング業界の各セグメントを個別に扱うのではなく、一般化されたアプローチを使用し、すべてをカバーするために少数の設計と個別のチップのみを開発します。 Intel はデスクトップとラップトップのみを対象とした Alder Lake 用の 4 つの設計を作成しましたが、AMD はデスクトップ、ラップトップ、およびサーバー CPU に使用される単一の Zen 3 CCX 設計を作成しました。

禅の未来

これほど革新的で賢い企業である AMD が次に何をするかを推測するのは決して簡単ではありません。 AMDは2024年にZen 5 CPUを発売する計画を明らかにしましたが、それ以上については確かなことは何もわかりません。 おそらく、AMD はハイブリッド CPU をさらに幅広く提供することになるでしょう。おそらく、通常の CCD と c バリアント CCD を組み合わせて、デスクトップとサーバーの両方の長所を提供するものもあるでしょう。

また、Zen の将来に関しては、AMD の競合他社、主に Intel と Arm を無視することはできません。 Zen が優れたアーキテクチャであることは間違いありませんが、元の Zen アーキテクチャの導入以来の AMD の成功の多くは、2010 年代を通じてインテルが犯した戦略的ミスのおかげです。 しかし、Intel がついに復活を遂げただけでなく、Arm が PC やサーバーに忍び寄る中、新たな挑戦者が近づいてきています。 AMD がその地位を維持し向上させたいのであれば、Zen は世代ごとに改善し続ける必要があります。