AMD Zen architektūra: AMD Zen 4 procesorių pagrindai

AMD grįžo 2017 m Ryzen procesoriai, kurie vis dar yra dalis geriausia, ką šiandien galite nusipirkti, ir visa tai buvo įmanoma dėka visiškai naujos bendrovės Zen architektūros. „Zen“ sėkmė per šešerius metus pavertė AMD iš beveik subyrėjusio į vieną iškiliausių technologijų kompanijų pasaulyje. Tai istorija apie Zen, kaip jis išgelbėjo AMD ir kaip gali atrodyti Zen ateitis.

Trumpa Zen istorija

2000-ųjų pabaigoje AMD nepasisekė. Tik prieš kelerius metus atrodė, kad legendiniai „Athlon“ darbalaukio ir „Opteron“ serverio procesoriai gali nuversti „Intel“, tačiau galiausiai AMD prarado savo sukibimą ir „Intel“ apsivalė. AMD „Phenom“ procesoriai tiesiog neprilygo „Intel Core“ architektūrai, todėl reikėjo ką nors pakeisti, jei AMD norėtų vėl tapti lydere. Taigi, bendrovė nusprendė sukurti šią architektūrą, vadinamą „Bulldozer“, ir lažinosi, kad kelių gijų darbo krūviai yra skaičiavimo ateitis.

Buldozeris buvo ne tik blogas, objektyviai tai buvo blogiausias dalykas, kurį AMD kada nors sugalvojo. Jo vienos gijos našumas buvo šiukšlinas (pirmosios kartos FX lustai iš tikrųjų buvo lėtesni nei Phenom II procesoriai jie buvo pakeisti), jis sunaudojo tonas energijos, o dienos pabaigoje jo kelių gijų veikimas buvo geriausiu vidutiniškas. Ateinančius šešerius metus AMD turės išgyventi iš šios siaubingos architektūros, kol „Intel“ pasieks savo viršenybės viršūnę.

Beveik iš karto po „Bulldozer“ žlugimo AMD suprato, kad paprastas pertvarkymas jo nepadarys, ir pradėjo kurti visiškai naują architektūrą. Ši architektūra būtų modeliuojama pagal „Intel“: aukštas vienos gijos našumas, pramonei būdingi branduoliai ir gijos ir toks lankstumas, dėl kurio jis tinka viskam – nuo ​​žemiausios klasės vartotojų procesorių iki aukščiausios klasės serverių traškučiai. Vėliau AMD šią architektūrą pavadino Zen, o pirmųjų Zen procesorių pristatymas 2017 m. pažymėjo naują pradžia AMD, ir nors Zen negalėjo lygintis su Intel Core architektūra, tai nebuvo toli išjungti.

Nors kompiuterių pramonė, procesoriaus entuziastai ir net pati AMD tikėjosi, kad kelias iki lyderystės našumo link bus ilgas, iš tikrųjų jis buvo gana trumpas. Zen 2, Zen įpėdinis, išleistas 2019 m. ir sukrėtė beveik visus, išpūtęs Intel iš vandens. AMD įgijo didžiulį pranašumą daugiasriegio našumo srityje beveik kiekviename segmente, o energijos vartojimo efektyvumas buvo žymiai geresnis praktiškai kiekvieną darbo krūvį ir netgi pranoko „Intel“ vienos gijos našumu, ko AMD negalėjo padaryti daugiau nei dešimtmetį.

Nuo čia AMD kelias tapo lengvesnis. Serverių rinka buvo (ir tebėra) pati svarbiausia sritis, kurioje AMD siekė pažangos 2020 m., kai pasirodė „Zen 3“, AMD kontroliavo 7 % rinkos, palyginti su beveik 0 % iki Zen atsiradimo. išeiti. Tai tapo dar lengviau, nes „Intel“ visiškai sugriovė savo planus paleisti galingus 10 nm procesorius, todėl AMD turėjo susidurti su pasenusiais ir praktiškai pasenusiais 14 nm lustais. kurie yra vieni prasčiausių kada nors „Intel“ sukurtų.

Tačiau 2021 m. pabaigoje „Intel“ pagaliau susitvarkė ir pristatė savo 10 nm Alder Lake lustus. Tapo gana aišku, kad AMD prarado rinkos vaizdą ir per daug įsitraukė į savo veiklos lyderystę, nes „Intel“ neturėjo konkurencija darbalaukyje nesiekia 300 USD ribos, nes AMD niekada nesivargino išleisti biudžetinių „Ryzen 5000“ lustų, kol „Intel“ neprivertė sutrikimas. Mėnesiai po Alder Lake paleidimo AMD buvo šiek tiek sunkūs, tačiau ji vis tiek išlaikė pranašumą serverių rinkoje ir atkovojo žaidimų lyderio poziciją dėl Ryzen 7 5800X3D ir jo. 3D V talpykla.

Šiandien „Zen“ tęsiasi ketvirtą kartą, o „Zen 4“ buvo paleistas 2022 m. Ryzen 7000 serija ir Epyc 4-oji karta. Ši naujausia Zen architektūros versija yra orientuota į aukštą našumą, kuri visiškai prieštarauja originaliai Zen architektūrai, kuri orientuota į geresnę vertę. Nors „Zen 4“ gerokai skiriasi nuo originalaus „Zen“, yra keletas pagrindinių dalykų, kurių AMD dar nepaleido ir tikriausiai dar kurį laiką nepaleis.

CCX, lustai ir branduoliai

Nors bėgant metams AMD daug ką patobulino savo Zen architektūroje, Zen yra daug dalykų kurie iš esmės buvo tiesa nuo pat pradžių, ir keletas naujų dalykų, kurie formuos Zen eigą Persiųsti. Kalbu apie CCX, mikroschemas ir branduolius, pagrindinius šiuolaikinių Zen lustų aspektus.

„Zen“ architektūra yra galinga, tačiau ji nėra tokia lanksti, kaip konkuruojantys tokių kompanijų kaip „Intel“ dizainai. Nors mažiausias daugelio procesorių blokas yra šerdis, Zen tai Core Complex arba CCX. CCX yra branduolių grupė ir gali turėti (rašant) du, keturis arba aštuonis branduolius, turi savo L3 talpyklą ir veikia su kitais CCX tame pačiame CPU. CCX iš esmės yra visas CPU pats savaime, o tai yra ir geras, ir blogas dalykas. Kiekvienas CCX yra labai pajėgus atskirai, tačiau ryšys tarp CCX užtrunka daug laiko, o tai sumažina našumą.

Dėl bendro CCX pobūdžio AMD sudėtinga pasiūlyti tam tikrus pagrindinių skaičių. Pavyzdžiui, jei AMD nori sukurti šešių branduolių procesorių, jis negali tik sukurti lusto su šešiais branduoliais, nes AMD neturi šešių branduolių CCX. Iš pradžių AMD turėjo tik keturių branduolių CCX, todėl reikėjo paimti lustą su dviem iš tų CCX ir išjungti kiekvieno branduolį, kad gautų šešių branduolių procesorių. Šiandien AMD paima lustą su aštuonių branduolių CCX ir išjungia du branduolius, kad sumažintų iki šešių. Techniškai AMD gali derinti skirtingų dydžių CCX, kad gautų daugiau galimybių, bet aš tai aptarsiu vėliau.

Su Zen 2 AMD sukūrė mikroschemas, kad Zen taptų dar galingesnis. Nors originali Zen architektūra tiesiog sujungė kelis procesorius, kad pasiektų didesnį branduolių skaičių, Zen 2 mikroschemos pristatė radikalią koncepciją, įdėdamos procesoriaus branduolius į savo lustus ir visa kita kitas. Chiplet dizainas prieštarauja tradiciniam monolitiniam dizainui, kuriame visos procesoriaus funkcijos yra viename luste. Mikroschemos su šerdimis vadinamos „Core Complex Dies“ (arba CCD), kuriose gali būti vienas arba du CCX, o lustai su viskuo kitu yra įvesties / išvesties štampai (arba IOD).

Yra daug privalumų naudojant mikroschemas, kurios atitinka AMD tikslą taupiai kurti procesorius. Pirma, pigiau gaminti daug mažų traškučių, o ne didelius, turinčius tas pačias charakteristikas. Antra, tai palengvina procesorių su ypač dideliu branduolių skaičiumi kūrimą, nes tereikia pridėti daugiau lustų. Galbūt didžiausias privalumas yra lankstumas, nes AMD gali aprėpti beveik visą stalinių kompiuterių ir serverių rinką. vienos rūšies CCD ir dviejų rūšių IOD. AMD taip pat dabar turi talpyklos mikroschemas, vadinamas 3D V-Cache, kad būtų dar daugiau lankstumo ir pritaikymas.

Naujausia AMD naujovė yra tankesnių Zen branduolių variantų su Zen 4c pristatymas. Šios tankios Zen architektūros versijos yra visiškai identiškos įprastoms versijoms išskyrus daug mažesnius, todėl AMD 16 branduolių Zen 4c CCD yra tokio pat dydžio kaip aštuonių branduolių Zen 4 CCD. Tačiau padidėjęs tankis neleidžia c tipo šerdims pasiekti tokio dažnio, kokį gali įprasti branduoliai. Dėl to Zen c-variant branduoliai yra labiau pageidaujami didelio branduolių skaičiaus procesoriams, kuriems nereikia didelio vienos gijos našumo.

Tokio tipo šerdys yra naudingos ir vartotojų programoms. AMD Phoenix 2 APU sujungia dviejų branduolių „Zen 4 CCX“ su keturių branduolių „Zen 4c CCX“, kuris pirmasis sujungia skirtingų dydžių CCX. Dviejų skirtingų branduolių naudojimas vadinamas hibridine architektūra, o visa idėja yra ta, kad įprasta šerdys yra naudojamos vienos gijos darbo krūviams, o c tipo šerdys padeda kelių sriegių darbo krūviai. Nors šis lustas atrodo neįprastai specializuotas AMD, jis iš tikrųjų gali būti naudojamas ir žemesnės klasės „Ryzen“ APU, jei nehibridinio „Phoenix“ lusto nėra.

Su Zen architektūra AMD daugiausia dėmesio skyrė tam, kaip kuo plačiau aprėpti rinką be eikvoti laiką ir išteklius kuriant procesorius, ko AMD negali sau leisti dėl palyginti mažo dydžio. Užuot vertinęs kiekvieną kompiuterių pramonės segmentą skirtingai, AMD taiko apibendrintą požiūrį ir sukuria tik keletą dizainų ir atskirų lustų, kad apimtų viską. „Intel“ sukūrė keturis Alder Lake dizainus, kurie apėmė tik stalinius ir nešiojamuosius kompiuterius, o AMD turėjo vieną Zen 3 CCX dizainą, naudojamą staliniams, nešiojamiesiems kompiuteriams ir serverių procesoriams.

Zen ateitis

Kadangi yra tokia novatoriška ir sumani įmonė, niekada nėra lengva atspėti, ką AMD darys toliau. AMD atskleidė savo planus išleisti „Zen 5“ procesorius 2024 m., tačiau toliau nieko tiksliai nežinome. Galbūt pamatysime, kad AMD pasiūlys platesnį hibridinių procesorių pasiskirstymą, galbūt net tokius, kurie sujungia įprastus ir c varianto CCD, kad pasiūlytų geriausius iš abiejų pasaulių staliniams kompiuteriams ir serveriams.

Kalbant apie Zen ateitį, taip pat negalime ignoruoti AMD konkurentų, daugiausia Intel ir Arm. Nors Zen neabejotinai yra gera architektūra, didžioji dalis AMD sėkmės nuo originalios Zen architektūros įvedimo atsirado dėl strateginių Intel klaidų 2010 m. Tačiau „Intel“ ne tik pagaliau grįžo, bet ir artėja naujas varžovas, kai „Arm“ įsiveržia į asmeninius kompiuterius ir serverius. Jei AMD nori išlaikyti ir pagerinti savo pozicijas, Zen kiekvieną kartą turės tobulėti.