AMD-ის Zen არქიტექტურა: AMD-ის Zen 4 პროცესორების საფუძვლები

AMD-მა თავისი დიდი დაბრუნება 2017 წელს გააკეთა Ryzen CPU-ები, რომლებიც ჯერ კიდევ რამდენიმეა საუკეთესო, რისი ყიდვაც დღეს შეგიძლიათდა ეს ყველაფერი შესაძლებელი გახდა კომპანიის სრულიად ახალი Zen არქიტექტურის წყალობით. Zen-ის წარმატებამ აქცია AMD-დან მსოფლიოში ერთ-ერთ ყველაზე გამორჩეულ ტექნიკურ კომპანიად, ეს ყველაფერი ექვსი წლის განმავლობაში. ეს არის ზენის ისტორია, როგორ გადაარჩინა მან AMD და როგორი შეიძლება იყოს ზენის მომავალი.

ზენის მოკლე ისტორია

2000-იანი წლების ბოლოს AMD-ს გაუმართლა. მხოლოდ რამდენიმე წლით ადრე, მისი ლეგენდარული Athlon დესკტოპის და Opteron სერვერის პროცესორები ჩანდა, რომ ინტელის დამხობას აპირებდნენ, მაგრამ საბოლოოდ, AMD-მ დაკარგა ძალაუფლება და Intel-მა გაასუფთავა თავისი მოქმედება. AMD-ის Phenom CPU-ები უბრალოდ არ არღვევდნენ მას Intel-ის Core არქიტექტურას და რაღაც უნდა შეიცვალოს, თუ AMD-ს სურდა ხელახლა აეღო ლიდერობა. ასე რომ, კომპანიამ გადაწყვიტა შეემუშავებინა ეს არქიტექტურა სახელწოდებით Bulldozer და დადო ფსონი, რომ მრავალძაფიანი დატვირთვა იყო გამოთვლის მომავალი.

ბულდოზერი უბრალოდ ცუდი არ იყო, ეს იყო ობიექტურად ყველაზე უარესი რამ, რაც AMD-მ ოდესმე მოიფიქრა. მისი ერთძაფის შესრულება იყო ნაგავი (პირველი თაობის FX ჩიპები რეალურად უფრო ნელი იყო ვიდრე Phenom II CPU-ები მათ შეცვალეს), მან მოიხმარა ტონა ენერგია და დღის ბოლოს, მისი მრავალძაფის შესრულება საუკეთესო იყო უღიმღამო. მომდევნო ექვსი წლის განმავლობაში AMD-ს მოუწევდა ამ საშინელი არქიტექტურის არსებობა, სანამ Intel მიაღწია თავისი უზენაესობის პიკს.

თითქმის მაშინვე ბულდოზერის დარბევის შემდეგ, AMD-მა გააცნობიერა, რომ უბრალო გადამუშავება მას არ წყვეტდა და დაიწყო მუშაობა სრულიად ახალ არქიტექტურაზე. ეს არქიტექტურა იქნება მოდელირებული Intel-ის მიხედვით: მაღალი ერთძაფის შესრულება, ინდუსტრიისთვის ტიპიური ბირთვები და ძაფები და მოქნილობა, რამაც იგი შესაფერისი გახადა ყველაფრისთვის, დაწყებული ყველაზე დაბალი დონის სამომხმარებლო პროცესორებით დამთავრებული უმაღლესი დონის სერვერამდე ჩიფსები. მოგვიანებით AMD-მა ამ არქიტექტურას Zen დაარქვა და მისი პირველი Zen CPU-ების 2017 წელს გამოშვება ახალი. დაწყებული AMD-ისთვის და მიუხედავად იმისა, რომ Zen ვერ შეედრება Intel-ის Core არქიტექტურას, ის შორს არ იყო გამორთულია.

მიუხედავად იმისა, რომ კომპიუტერული ინდუსტრია, CPU-ს ენთუზიასტები და თვით AMD-იც კი ელოდნენ, რომ გზა წარმადობის ლიდერობისკენ გრძელი იქნებოდა, ის რეალურად საკმაოდ მოკლე იყო. Zen 2, Zen-ის მემკვიდრე, 2019 წელს გამოვიდა და თითქმის ყველა შოკში ჩააგდო ინტელის წყლიდან ამოგდებით. AMD-მა დაიკავა დიდი უპირატესობა მრავალძაფის შესრულებაში თითქმის ყველა სეგმენტში, ჰქონდა მნიშვნელოვნად უკეთესი ენერგოეფექტურობა პრაქტიკულად ყველა დატვირთვა და აჯობა Intel-ს ერთი ხრახნიანი შესრულებით, რასაც AMD ვერ ახერხებდა ათწლეულზე მეტი ხნის განმავლობაში.

აქედან გზა AMD-სთვის უბრალოდ გამარტივდა. სერვერების ბაზარი იყო (და არის) ყველაზე მნიშვნელოვანი სფერო AMD-სთვის, რათა მიაღწიოს წინსვლას როდესაც Zen 3 გამოვიდა 2020 წელს, AMD აკონტროლებდა ბაზრის 7%-ს, ვიდრე Zen-ის მოსვლამდე თითქმის 0% იყო. გარეთ. ეს ყველაფერი უფრო ადვილი გახდა იმის წყალობით, თუ როგორ გააფუჭა Intel-მა 10 ნმ მძლავრი პროცესორების გაშვების გეგმები, რითაც AMD-ს დაუპირისპირდა მოძველებული და პრაქტიკულად მოძველებული 14 ნმ ჩიპების წინააღმდეგ. ეს არის ერთ-ერთი ყველაზე ცუდი Intel-ის მიერ ოდესმე შექმნილი.

თუმცა, 2021 წლის ბოლოს, Intel-მა საბოლოოდ მიიღო თავისი მოქმედება და გამოუშვა თავისი 10 ნმ Alder Lake ჩიპები. საკმაოდ ცხადი გახდა, რომ AMD-მ დაკარგა ბაზრის კვალი და ზედმეტად ჩაითვალა მისი შესრულების ლიდერობით, რადგან Intel-ს არ ჰქონდა კონკურენცია დესკტოპზე $300-ის ნიშნულზე დაბალია, რადგან AMD არასდროს აწუხებდა ბიუჯეტის Ryzen 5000 ჩიპების გამოშვებას, სანამ Intel-მა აიძულა. პრობლემა. Alder Lake-ის გაშვების შემდგომი თვეები ცოტა უხეში იყო AMD-სთვის, მაგრამ ის მაინც ინარჩუნებდა უპირატესობას სერვერების ბაზარზე და დაიბრუნა სათამაშო ლიდერობა Ryzen 7 5800X3D-ისა და მისი წყალობით. 3D V-ქეში.

დღეს ზენი მეოთხე ძირითად იტერაციაზეა, ზენ 4 2022 წლის ბოლოს გამოვიდა. Ryzen 7000 სერია და Epyc მე-4 თაობა. ზენის არქიტექტურის ეს უახლესი ვერსია ორიენტირებულია მაღალ შესრულებაზე, რაც მკვეთრად განსხვავდება ორიგინალური ზენის არქიტექტურისგან, რომელიც ფოკუსირებულია უკეთეს ღირებულებაზე. მიუხედავად იმისა, რომ Zen 4 მნიშვნელოვნად განსხვავდება ორიგინალური Zen-ისგან, არის რამდენიმე საფუძვლები, რომლებიც AMD-მ ჯერ არ გამოუშვა და, ალბათ, გარკვეული დროით არ იქნება.

CCX-ები, ჩიპლეტები და ბირთვები

მიუხედავად იმისა, რომ AMD წლების განმავლობაში აუმჯობესებდა ბევრ რამეს თავის Zen არქიტექტურაში, ბევრი რამ არის Zen-ის შესახებ რაც ძირეულად ჭეშმარიტი იყო თავიდანვე და რამდენიმე ახალი რამ, რაც ზენს აყალიბებს წინ. მე ვსაუბრობ CCX-ებზე, ჩიპლეტებსა და ბირთვებზე, თანამედროვე Zen ჩიპების ფუნდამენტურ ასპექტებზე.

Zen-ის არქიტექტურა ძლიერია, მაგრამ ის არ არის ისეთი მოქნილი, როგორც კონკურენტული დიზაინები კომპანიებისგან, როგორიცაა Intel. მიუხედავად იმისა, რომ ყველაზე პატარა სამშენებლო ბლოკი უმეტეს პროცესორებში არის ბირთვი, Zen-ისთვის ეს არის Core Complex, ან CCX. CCX არის ბირთვების კლასტერი და შეიძლება შეიცავდეს (წერის მომენტში) ორ, ოთხ ან რვა ბირთვს, აქვს საკუთარი L3 ქეში და მუშაობს სხვა CCX-ებთან იმავე CPU-ში. CCX არსებითად არის სრული CPU თავისთავად, რაც კარგიცაა და ცუდიც. თითოეულ CCX-ს აქვს თავისი უნარი, მაგრამ CCX-ებს ​​შორის კომუნიკაციას მნიშვნელოვანი დრო სჭირდება, რაც ამცირებს შესრულებას.

AMD-სთვის, CCX-ის განზოგადებული ბუნება რთულს ხდის გარკვეული ძირითადი რაოდენობის შეთავაზებას. მაგალითად, თუ AMD-ს სურს ექვსბირთვიანი CPU-ს შექმნა, მას არ შეუძლია მხოლოდ ექვსი ბირთვიანი ჩიპის შექმნა, რადგან AMD-ს არ აქვს ექვსბირთვიანი CCX. თავდაპირველად AMD-ს ჰქონდა მხოლოდ ოთხბირთვიანი CCX, ამიტომ მას სჭირდებოდა ჩიპის აღება ორი CCX-ით და თითოეულზე ბირთვის გამორთვა ექვსბირთვიანი CPU-ს მისაღებად. დღეს AMD იღებს ჩიპს რვა ბირთვიანი CCX-ით და თიშავს მასზე ორ ბირთვს, რომ ექვსამდე ჩამოვიდეს. ტექნიკურად AMD-ს შეუძლია დააკავშიროს სხვადასხვა ზომის CCX-ები მეტი ვარიანტების მისაღებად, მაგრამ ამაზე მოგვიანებით განვიხილავ.

Zen 2-თან ერთად AMD-მ შეიმუშავა ჩიპლეტები, რათა Zen კიდევ უფრო ძლიერი ყოფილიყო. მიუხედავად იმისა, რომ ორიგინალური Zen არქიტექტურა უბრალოდ აერთიანებდა რამდენიმე CPU-ს ბირთვების უფრო მაღალი რაოდენობის მისაღწევად, Zen 2 ჩიპლეტმა შემოიღო რადიკალური კონცეფცია CPU ბირთვების დაყენებით საკუთარ ჩიპებზე და სხვა ყველაფერზე. სხვა. ჩიპლეტის დიზაინი ეწინააღმდეგება ტრადიციულ მონოლითურ დიზაინს, რომელშიც CPU-ის ყველა ფუნქცია არსებობს ერთ ჩიპზე. ჩიპლეტებს ბირთვით ეწოდება Core Complex Dies (ან CCD), რომელიც შეიძლება შეიცავდეს ერთ ან ორ CCX-ს, ხოლო ჩიპლეტები ყველაფერთან ერთად არის I/O Dies (ან IOD).

ჩიპლეტებს ბევრი სარგებელი მოაქვს, რომლებიც შეესაბამება AMD-ის მიზანს - CPU-ების ეკონომიურად აშენება. უპირველეს ყოვლისა, უფრო იაფია ბევრი პატარა ჩიპის დამზადება, განსხვავებით დიდისგან იგივე მახასიათებლებით. მეორეც, ეს აადვილებს CPU-ების შექმნას ბირთვების სუპერ მაღალი რაოდენობით, რადგან ყველაფერი რაც თქვენ უნდა გააკეთოთ არის მეტი ჩიპის დამატება. ალბათ ყველაზე დიდი უპირატესობა არის მოქნილობა, რადგან AMD-ს შეუძლია დაფაროს თითქმის მთელი დესკტოპის და სერვერების ბაზარი ერთი სახის CCD და ორი სახის IOD. AMD-ს ასევე ახლა აქვს ქეში ჩიპლეტები სახელწოდებით 3D V-Cache კიდევ უფრო მეტი მოქნილობისთვის და მორგება.

AMD-ის უახლესი ინოვაციაა Zen-ის ბირთვების უფრო მკვრივი ვარიანტების დანერგვა Zen 4c-ით. ზენის არქიტექტურის ეს მკვრივი ვერსიები სრულიად იდენტურია ჩვეულებრივი ვერსიებისა გარდა ბევრად უფრო მცირეა, რაც საშუალებას აძლევს AMD-ის 16 ბირთვიან Zen 4c CCD-ს იყოს იგივე ზომა, როგორც რვა ბირთვიანი Zen. 4 CCD. თუმცა, ეს გაზრდილი სიმკვრივე ხელს უშლის c- ტიპის ბირთვებს საათის სიჩქარის დარტყმაში, რაც ჩვეულებრივ ბირთვებს შეუძლიათ. ეს ხდის Zen c-ვარიანტის ბირთვებს უფრო პრიორიტეტულს მაღალი ბირთვიანი პროცესორებისთვის, რომლებსაც არ სჭირდებათ ერთი ხრახნიანი შესანიშნავი შესრულება.

ამ ტიპის ბირთვები სასარგებლოა სამომხმარებლო აპლიკაციებისთვისაც. AMD-ის Phoenix 2 APU აერთიანებს ორ ბირთვიან Zen 4 CCX-ს ოთხბირთვიან Zen 4c CCX-თან, პირველი, ვინც აერთიანებს სხვადასხვა ზომის CCX-ებს. ორი განსხვავებული ბირთვის გამოყენებას ეწოდება ჰიბრიდული არქიტექტურა და მთელი იდეა არის ის, რომ რეგულარული ბირთვები გამოიყენება ერთნაკადიანი დატვირთვისთვის, ხოლო c ტიპის ბირთვები ეხმარება მრავალ ხრახნიან დატვირთვას დატვირთვები. მიუხედავად იმისა, რომ ეს ჩიპი უჩვეულოდ სპეციალიზირებული გამოიყურება AMD-სთვის, ის რეალურად შეიძლება გამოყენებულ იქნას Ryzen APU-სთვისაც, თუ არაჰიბრიდული Phoenix-ის ჩიპი მიუწვდომელია.

Zen-ის არქიტექტურით, AMD ერთპიროვნულად ორიენტირებულია იმაზე, თუ როგორ უნდა დაფაროს ბაზარი ფართო გზით, გარეშე დროისა და რესურსების დაკარგვა პროცესორების შემუშავებაზე, რასაც AMD ვერ ახერხებს შედარებით მცირე ზომის გამო. იმის ნაცვლად, რომ გამოთვლითი ინდუსტრიის თითოეულ სეგმენტს განსხვავებულად განიხილოს, AMD იყენებს განზოგადებულ მიდგომას და ავითარებს მხოლოდ რამდენიმე დიზაინს და ინდივიდუალურ ჩიპს ყველაფრის დასაფარად. მაშინ როცა Intel-მა შექმნა Alder Lake-ისთვის ოთხი დიზაინი, რომელიც მოიცავდა მხოლოდ დესკტოპებსა და ლეპტოპებს, AMD-ს ჰქონდა ერთი Zen 3 CCX დიზაინი, რომელიც გამოიყენებოდა დესკტოპის, ლეპტოპის და სერვერის პროცესორებისთვის.

ზენის მომავალი

როგორც ასეთი ინოვაციური და ჭკვიანი კომპანია, არასოდეს არის ადვილი გამოცნობა რას გააკეთებს AMD შემდეგში. AMD-მა გამოაქვეყნა თავისი გეგმები Zen 5 CPU-ების გამოშვების შესახებ 2024 წელს, მაგრამ ამის გარდა, ჩვენ არაფერი ვიცით დანამდვილებით. შესაძლოა, დავინახოთ, რომ AMD გთავაზობთ ჰიბრიდული პროცესორების უფრო ფართო გავრცელებას, შესაძლოა ისეთებიც კი, რომლებიც აერთიანებს ჩვეულებრივ და c-ვარიანტ CCD-ებს, რათა შესთავაზონ ორივე სამყაროს საუკეთესო კომპიუტერები და სერვერები.

ჩვენ ასევე არ შეგვიძლია უგულებელვყოთ AMD-ის კონკურენტები, ძირითადად Intel და Arm, როდესაც საქმე Zen-ის მომავალს ეხება. მიუხედავად იმისა, რომ Zen უდავოდ კარგი არქიტექტურაა, AMD-ის წარმატების დიდი ნაწილი ორიგინალური Zen არქიტექტურის დანერგვის შემდეგ განპირობებულია Intel-ის სტრატეგიული შეცდომებით 2010-იანი წლების განმავლობაში. მაგრამ არა მხოლოდ Intel-მა საბოლოოდ დაამყარა საკუთარი დაბრუნება, ახალი მეტოქე ახლოვდება, რადგან Arm შემოიჭრება კომპიუტერებსა და სერვერებში. თუ AMD-ს სურს შეინარჩუნოს და გააუმჯობესოს თავისი პოზიცია, Zen-ს მოუწევს ყოველი თაობის გაუმჯობესება.