Hva er Ryzen 3D V-Cache, og hvorfor er det bra for spill?

Kjerner og frekvenser pleide å være hovedspesifikasjonene folk så på når de kjøpte en CPU, men AMDs 3D V-Cache-teknologi har endret alt dette. Ryzen 7 5800X3D i 2022 beviste at cache er den viktigste faktoren når det kommer til spillytelse, og AMD var i stand til å gjøre en spill-CPU i mellomtone til en utfordrer til spillkronen bare ved å legge til det selskapet kalte sin "3D V-Cache".

3D V-Cache er ikke bare et markedsføringsord eller en gimmick som Sega Genesis sin "sprengningsbehandling", men snarere en løsning på et av de største problemene halvlederindustrien noen gang har møtt. Selv uten det har 3D V-Cache vist seg å være en flott måte å tilby enda flere premium og avanserte CPUer uten mye innsats fra AMDs side.

Hva er cache?

Før vi i det hele tatt snakker om 3D V-Cache, må vi snakke om vanlig gammel cache. For lenge siden brukte datamaskiner to grunnleggende typer lagring: harddisker og RAM (Random Access Memory). Harddisker er trege, men kan lagre mye data, mens RAM bare kan lagre en liten mengde data, men er veldig rask. Denne ordningen fungerte bra inntil tempoet med forbedringer av CPU-ytelse begynte å overgå RAM på 1990-tallet, og RAM måtte bli raskere slik at prosessorer ikke ble flaskehalser.

Løsningen var cache. Denne typen minne er en mye mindre enn RAM, men har enda større ytelse, og den er plassert rett i prosessoren i stedet for et sted på hovedkortet. Dette skapte et minnehierarki, med cache øverst, RAM i midten og lagring (som harddisker og solid-state-stasjoner) nederst. Men cachen utviklet etter hvert sine egne hierarkier, med varierende ytelsesnivå og kapasitet for å passe behovene til hver brikke. (Dette gjelder også andre typer prosessorer som GPUer.)

I dag har den typiske high-end CPU nivå 1 (eller L1), L2 og L3 cache. L1-cachen er liten og gitt til hver enkelt kjerne for å behandle små instruksjoner så raskt som mulig. L2-cache er gitt til en klynge av kjerner for eksklusiv bruk, men er større, noen ganger i en størrelsesorden, og lagret utenfor en individuell kjerne. L3-cache deles vanligvis av alle kjerner på en enkelt CPU og er ofte det største og siste nivået. Noen svært nisje-CPU-er kommer til og med med L4-cache, som vanligvis ikke er på selve CPU-en, men snarere en type RAM på CPU-pakken, for eksempel 4th Gen Xeons HBM2-cache.

Hva er 3D V-Cache?

3D V-Cache er rett og slett en brikke som ikke har annet enn cache på seg, og Ryzen 5000 og Ryzen 7000 CPUer er designet med 3D V-Cache-kompatibilitet i tankene. Hver 3D V-Cache-brikke, eller brikke, har 64 MB L3-cache, dobbelt så mye som en enkelt Zen-databrikke. Du tror kanskje at 3D V-Cache burde telle som L4-cache siden den ikke er en del av selve CPUen, men AMD faktisk installerer disse brikkene vertikalt på datachiplets, der alle kjernene og cachen er plassert, og dette er hvor i 3D V-Cache merkevarebygging kommer fra.

Ryzen 7 5800X3D var den aller første AMD-prosessoren som brukte denne teknologien, og som den eneste 3D V-Cache-prosessoren i sin generasjon var den i utgangspunktet en testkjøring. Ryzen 7 5800X (uten V-Cache) har 32 MB L3, men 5800X3D har det tredoblet med 96 MB. Hele poenget med å legge til all denne cachen var å forhindre at CPU-en trengte å kommunisere med RAM så mye som mulig siden RAM er mye tregere enn L3-cache. For de fleste applikasjoner er dette altfor mye cache, men det er én type programvare som elsker cache: spill.

Spill krever vanligvis ikke mange CPU-kjerner og rå hestekrefter for å fungere godt, men krever heller at CPU-en behandler mange små data så snart som mulig. Tross alt vil de fleste PC-spillere kjøre spillene sine med 60 FPS eller høyere, noe som betyr en helt ny ramme minst hver 16.67 ms. 5800X3D er der oppe med Ryzen 9 5950X og Core i9-12900K i spillytelse, og den holder seg fortsatt godt mot Ryzen 9 7950X og Core i9-13900K. Når Ryzen 7000X3D CPUer lansering i år, vil de nesten helt sikkert være de raskeste spillsjetongene på markedet.

Når det er sagt, er ikke 3D V-Cache perfekt, ettersom prosessorer som bruker V-Cache har lavere klokkehastigheter enn sine ikke-3D-motparter. Den ekstra cachen veier opp for de lavere frekvensene i spill, men i andre applikasjoner er det et lite ytelsestap. Av denne grunn kan det hende at 3D V-Cache aldri blir standard for Ryzen CPUer.

Hva er så spesielt med 3D V-Cache?

På slutten av dagen er 3D V-Cache bare en brikke med cache på og 5800X3Ds flotte spillytelse er mer indikativ på hvor god cache er for spill i stedet for 3D V-Cache som tilbyr nye nivåer av opptreden. Men 3D V-Cache er ikke revolusjonerende for cache, men snarere for måten prosessorer bygges på og en potensiell løsning på et av bransjens største problemer: Moores lovs død.

Selv om det ikke var en produksjonskrise, er 3D V-Cache fortsatt en effektiv måte å tilby et produkt på entusiastnivå.

Moores lov er en spådom om at de raskeste brikkene om to år vil ha dobbelt så mange transistorer som de raskeste brikkene som finnes i dag. En transistor er den minste komponenten i en prosessor, og flere transistorer betyr vanligvis bedre ytelse. Siden prosessorer bare kan være så store, betyr å oppfylle forventningene til Moores lov å oppnå høyere tetthet, og høyere tetthet oppnås først og fremst ved å bruke bedre produksjonsprosesser (også kalt noder). Kort sagt, industrien har tradisjonelt sett vært i stand til å holde tritt med Moores lov ved å bruke den nyeste prosessen eller noden.

Det siste tiåret har Moores lov vært på livsstøtte fordi det har vært ekstremt vanskelig å utvikle bedre nye noder. Tempoet med økende tetthet har avtatt så betydelig at selskaper kanskje ikke vil være i stand til å oppfylle forventningene til Moores lov, noe som betyr at teknologisk fremgang avtar. Spesielt cache har vært veldig motstandsdyktig mot tetthetsforbedringer, og bare i fjor kunngjorde TSMC at den første versjonen av 3nm-prosessen ikke ville ha større cache-tetthet enn 5nm.

3D V-Cache er en genial løsning på dette problemet. Ved å legge mesteparten av CPU-ens cache på sin egen brikke, kan AMD dedikere mer plass på databrikkene til logiske transistorer, som utgjør individuelle kjerner og er mye lettere å krympe enn cache. I tillegg betyr dette at AMD kan bruke eldre, billigere noder for V-Cache-brikker samtidig som de lagrer banebrytende noder for databrikkene. Vi kan allerede se at AMD bruker denne designteorien på sine GPUer; RX 7900 XTX og XT har én hoved-GPU-brikke omgitt av seks andre brikker som inneholder all L3-cachen.

Selv om det ikke var en produksjonskrise, er 3D V-Cache fortsatt en effektiv måte å tilby et produkt på entusiastnivå. AMD trenger ikke å designe en CPU spesielt for spill (noe som vil gjøre det vanskelig for AMD å tjene penger), og det gjør det heller ikke AMD må få sine vanlige CPU-er til å komme med mer cache enn nødvendig (noe som vil gjøre hver CPU uoverkommelig dyrt). 3D V-Cache er så enkel, men likevel en slik spillveksler; det er mulig, til og med sannsynlig, at vi vil se selskaper som Intel replikere suksessen til 3D V-Cache med sine egne cache-brikker.