Co to jest pamięć podręczna Ryzen 3D V-Cache i dlaczego jest przydatna w grach?

Rdzenie i częstotliwości były kiedyś głównymi specyfikacjami, na które ludzie zwracali uwagę przy zakupie procesora, ale technologia 3D V-Cache firmy AMD zmieniła to wszystko. Ryzen 7 5800X3D w 2022 roku udowodnił, że pamięć podręczna jest najważniejszym czynnikiem, jeśli chodzi o wydajność w grach, a AMD w stanie zmienić procesor do gier średniej klasy w pretendenta do korony gier, po prostu dodając to, co firma nazwała „3D V-pamięć podręczna”.

3D V-Cache to nie tylko marketingowe hasło czy sztuczka, jak „przetwarzanie błyskawiczne” Sega Genesis, ale raczej rozwiązanie jednego z największych problemów, z jakimi kiedykolwiek borykała się branża półprzewodnikowa. Nawet bez tego 3D V-Cache okazało się świetnym sposobem na zaoferowanie jeszcze większej liczby procesorów premium i high-end bez większego wysiłku ze strony AMD.

Co to jest pamięć podręczna?

Zanim jeszcze porozmawiamy o 3D V-Cache, musimy porozmawiać o zwykłej starej pamięci podręcznej. Dawno temu komputery wykorzystywały dwa podstawowe rodzaje pamięci masowej: dyski twarde i pamięć o dostępie swobodnym (RAM). Dyski twarde są wolne, ale mogą przechowywać dużo danych, podczas gdy pamięć RAM może przechowywać tylko niewielką ilość danych, ale jest bardzo szybka. Ten układ działał dobrze, dopóki tempo poprawy wydajności procesora nie zaczęło przewyższać pamięci RAM w latach 90., a pamięć RAM musiała być szybsza, aby procesory nie były wąskimi gardłami.

Rozwiązaniem była pamięć podręczna. Ten rodzaj pamięci to A działka mniejszy niż pamięć RAM, ale ma jeszcze większą wydajność i znajduje się bezpośrednio w procesorze, a nie gdzieś na płycie głównej. Stworzyło to hierarchię pamięci, z pamięcią podręczną na górze, pamięcią RAM na środku i pamięcią masową (taką jak dyski twarde i dyski półprzewodnikowe) na dole. Ale pamięć podręczna ostatecznie rozwinęła swoje własne hierarchie, z różnymi poziomami wydajności i pojemności, aby dostosować się do potrzeb każdego chipa. (Dotyczy to również innych rodzajów procesorów, takich jak GPU).

Obecnie typowy wysokiej klasy procesor ma pamięć podręczną poziomu 1 (lub L1), L2 i L3. Pamięć podręczna L1 jest niewielka i przypisana do każdego rdzenia w celu jak najszybszego przetwarzania małych instrukcji. Pamięć podręczna L2 jest przydzielana do klastra rdzeni do wyłącznego użytku, ale jest większa, czasami o rząd wielkości i przechowywana poza pojedynczym rdzeniem. Pamięć podręczna L3 jest zwykle współdzielona przez wszystkie rdzenie jednego procesora i często jest to największa i ostatnia warstwa. Niektóre bardzo niszowe procesory są nawet dostarczane z pamięcią podręczną L4, która zwykle nie znajduje się w samym procesorze, ale raczej w rodzaju pamięci RAM umieszczonej w pakiecie procesora, na przykład pamięć podręczna HBM2 czwartej generacji Xeon.

Co to jest pamięć podręczna V-3D?

3D V-Cache to po prostu chip, który ma na sobie tylko pamięć podręczną, a procesory Ryzen 5000 i Ryzen 7000 zostały zaprojektowane z myślą o kompatybilności z 3D V-Cache. Każdy układ 3D V-Cache lub chiplet ma 64 MB pamięci podręcznej L3, czyli dwukrotnie więcej niż pojedynczy chiplet obliczeniowy Zen. Można by pomyśleć, że 3D V-Cache powinna liczyć się jako pamięć podręczna L4, ponieważ nie jest częścią samego procesora, ale tak naprawdę AMD instaluje te chiplety pionowo na chipletach obliczeniowych, gdzie znajdują się wszystkie rdzenie i pamięć podręczna, i to jest to gdzie 3D W- Branding pamięci podręcznej pochodzi z.

Ryzen 7 5800X3D był pierwszym procesorem AMD wykorzystującym tę technologię i jako jedyny procesor V-Cache 3D swojej generacji był to w zasadzie test. Ryzen 7 5800X (bez pamięci podręcznej V-Cache) ma 32 MB L3, ale 5800X3D ma trzykrotnie więcej niż 96 MB. Celem dodania całej tej pamięci podręcznej było uniknięcie konieczności komunikowania się procesora z pamięcią RAM w jak największym stopniu, ponieważ pamięć RAM jest znacznie wolniejsza niż pamięć podręczna L3. W przypadku większości aplikacji jest to o wiele za dużo pamięci podręcznej, ale jest jeden rodzaj oprogramowania, który uwielbia pamięć podręczną: gry.

Gry na ogół nie wymagają dużej liczby rdzeni procesora i czystej mocy, aby dobrze działać, ale raczej wymagają, aby procesor przetwarzał wiele małych danych tak szybko, jak to możliwe. W końcu większość graczy PC chce uruchamiać swoje gry z prędkością 60 klatek na sekundę lub wyższą, co oznacza zupełnie nową klatkę co najmniej co 16,67 ms. 5800X3D dorównuje Ryzenowi 9 5950X i Core i9-12900K pod względem wydajności w grach i nadal dobrze radzi sobie z Ryzena 9 7950X I Core i9-13900K. Gdy Procesory Ryzen 7000X3D w tym roku, prawie na pewno będą to najszybsze żetony do gier na rynku.

To powiedziawszy, 3D V-Cache nie jest doskonały, ponieważ procesory korzystające z V-Cache mają niższe częstotliwości taktowania niż ich odpowiedniki inne niż 3D. Dodatkowa pamięć podręczna rekompensuje niższe częstotliwości w grach, ale w innych aplikacjach występuje niewielka utrata wydajności. Z tego powodu 3D V-Cache może nigdy nie stać się domyślną pamięcią dla procesorów Ryzen.

Co jest takiego specjalnego w 3D V-Cache?

W końcu 3D V-Cache to tylko chip z pamięcią podręczną i doskonałą wydajnością w grach 5800X3D jest bardziej wskaźnikiem tego, jak świetna jest pamięć podręczna do gier, niż 3D V-Cache oferująca nowe poziomy wydajność. Jednak 3D V-Cache nie jest rewolucją w przypadku pamięci podręcznej, ale raczej w sposobie budowy procesorów i potencjalnym rozwiązaniem jednego z największych problemów branży: śmierci prawa Moore'a.

Nawet jeśli nie było kryzysu produkcyjnego, 3D V-Cache nadal jest skutecznym sposobem oferowania produktu na poziomie entuzjastów.

Prawo Moore'a przewiduje, że najszybsze chipy za dwa lata będą miały dwa razy więcej tranzystorów niż najszybsze chipy, które istnieją obecnie. Tranzystor to najmniejszy element procesora, a więcej tranzystorów zwykle oznacza lepszą wydajność. Ponieważ procesory mogą być tylko tak duże, spełnienie oczekiwań Prawa Moore'a oznacza osiągnięcie wyższych gęstość, a wyższą gęstość uzyskuje się przede wszystkim dzięki zastosowaniu lepszych procesów produkcyjnych (tzw węzły). Krótko mówiąc, branża tradycyjnie była w stanie nadążyć za prawem Moore'a, używając najnowszego procesu lub węzła.

Przez ostatnią dekadę prawo Moore'a dotyczyło podtrzymywania życia, ponieważ opracowanie lepszych nowych węzłów było niezwykle trudne. Tempo wzrostu gęstości spadło tak znacząco, że firmy mogą nie być w stanie sprostać oczekiwaniom Prawa Moore'a, co oznacza, że ​​postęp technologiczny zwalnia. W szczególności pamięć podręczna była bardzo odporna na ulepszenia gęstości, a zaledwie w zeszłym roku TSMC ogłosiło, że jej początkowa wersja procesu 3 nm nie będzie miała większej gęstości pamięci podręcznej niż 5 nm.

3D V-Cache to genialne rozwiązanie tego problemu. Umieszczając większość pamięci podręcznej procesora na własnym chiplecie, AMD może przeznaczyć więcej miejsca na chipach obliczeniowych na tranzystory logiczne, które tworzą pojedyncze rdzenie i są znacznie łatwiejsze do zmniejszenia niż pamięć podręczna. Dodatkowo oznacza to, że AMD może używać starszych, tańszych węzłów dla chipów V-Cache, jednocześnie oszczędzając najnowocześniejsze węzły dla chipletów obliczeniowych. Widzimy już, jak AMD stosuje tę teorię projektową do swoich procesorów graficznych; RX 7900 XTX i XT mieć jeden główny układ GPU otoczony sześcioma innymi chipletami, które zawierają całą pamięć podręczną L3.

Nawet jeśli nie było kryzysu produkcyjnego, 3D V-Cache nadal jest skutecznym sposobem oferowania produktu na poziomie entuzjastów. AMD nie musi projektować procesora specjalnie do gier (co utrudniłoby AMD osiągnięcie zysku), ani tego nie robi AMD musi sprawić, by jego główne procesory były wyposażone w więcej pamięci podręcznej niż to konieczne (co spowodowałoby, że każdy procesor byłby niemożliwy drogi). Pamięć podręczna 3D V-Cache jest tak prosta, ale zmienia zasady gry; jest możliwe, a nawet prawdopodobne, że firmy takie jak Intel powtórzą sukces 3D V-Cache za pomocą własnych układów pamięci podręcznej.