Ce este Ryzen 3D V-Cache și de ce este bun pentru jocuri?

Nucleele și frecvențele erau principalele specificații la care oamenii se uitau atunci când cumpărau un procesor, dar tehnologia 3D V-Cache de la AMD a schimbat totul. Ryzen 7 5800X3D în 2022 a demonstrat că memoria cache este cel mai important factor atunci când vine vorba de performanța în jocuri, iar AMD a fost capabil să transforme un procesor de gaming midrange într-un concurent pentru coroana de gaming doar adăugând ceea ce compania a numit „3D”. V-Cache”.

3D V-Cache nu este doar un cuvânt la modă de marketing sau un truc precum „procesarea exploziei” de la Sega Genesis, ci mai degrabă o soluție la una dintre cele mai mari probleme cu care s-a confruntat industria semiconductorilor. Chiar și fără asta, 3D V-Cache s-a dovedit a fi o modalitate excelentă de a oferi și mai multe procesoare premium și high-end, fără prea mult efort din partea AMD.

Ce este memoria cache?

Înainte de a vorbi despre 3D V-Cache, trebuie să vorbim despre vechiul cache obișnuit. Cu mult timp în urmă, computerele foloseau două tipuri de bază de stocare: hard disk-uri și memorie cu acces aleatoriu (RAM). Hard disk-urile sunt lente, dar pot stoca o mulțime de date, în timp ce RAM poate stoca doar o cantitate mică de date, dar sunt foarte rapide. Acest aranjament a funcționat bine până când ritmul îmbunătățirii performanței CPU a început să depășească RAM în anii 1990, iar RAM trebuia să devină mai rapidă, astfel încât procesoarele să nu fie blocate.

Soluția a fost cache-ul. Acest tip de amintire este a lot mai mic decât RAM, dar are performanțe și mai mari și este situat chiar în procesor și nu undeva pe placa de bază. Acest lucru a creat o ierarhie a memoriei, cu memoria cache în partea de sus, RAM în mijloc și stocare (cum ar fi hard disk-uri și unități SSD) în partea de jos. Dar cache-ul și-a dezvoltat în cele din urmă propriile ierarhii, cu niveluri diferite de performanță și capacitate pentru a se potrivi nevoilor fiecărui cip. (Acest lucru se aplică și altor tipuri de procesoare, cum ar fi GPU-urile.)

Astăzi, procesorul tipic high-end are cache de nivel 1 (sau L1), L2 și L3. Cache-ul L1 este mic și este dat fiecărui nucleu individual pentru a procesa instrucțiuni mici cât mai repede posibil. Cache-ul L2 este dat unui grup de nuclee pentru utilizare exclusivă, dar este mai mare, uneori cu un ordin de mărime, și stocat în afara oricărui nucleu individual. Cache-ul L3 este de obicei partajat de toate nucleele de pe un singur CPU și este adesea cel mai mare și ultimul nivel. Unele procesoare foarte de nișă vin chiar cu cache L4, care de obicei nu se află pe procesorul în sine, ci mai degrabă un tip de RAM introdus pe pachetul procesorului, cum ar fi memoria cache HBM2 de la Xeon de a patra generație.

Ce este 3D V-Cache?

3D V-Cache este pur și simplu un cip care nu are altceva decât cache pe el, iar procesoarele Ryzen 5000 și Ryzen 7000 sunt proiectate având în vedere compatibilitatea 3D V-Cache. Fiecare cip 3D V-Cache, sau chiplet, are 64 MB de cache L3, dublu față de un singur chiplet de calcul Zen. S-ar putea să credeți că 3D V-Cache ar trebui să conteze drept cache L4, deoarece nu face parte din procesorul în sine, dar AMD de fapt instalează aceste chiplete vertical pe chiplete de calcul, unde sunt situate toate nucleele și memoria cache, iar acest lucru este unde 3D V-Marca cache provine din.

Ryzen 7 5800X3D a fost primul procesor AMD care a folosit această tehnologie și, fiind singurul procesor 3D V-Cache din generația sa, a fost practic un test de rulare. Ryzen 7 5800X (fără V-Cache) are 32MB de L3, dar 5800X3D are triplu față de 96MB. Scopul adăugării tuturor acestui cache a fost acela de a preveni nevoia procesorului de a comunica cu RAM cât mai mult posibil, deoarece RAM este mult mai lentă decât memoria cache L3. Pentru majoritatea aplicațiilor, acesta este prea mult cache, dar există un tip de software care iubește memoria cache: jocurile.

Jocurile, în general, nu necesită o mulțime de nuclee CPU și cai putere brută pentru a funcționa bine, ci mai degrabă necesită ca procesorul să proceseze o mulțime de date mici cât mai curând posibil. La urma urmei, majoritatea jucătorilor de pe computer vor să-și ruleze jocurile la 60 FPS sau mai mult, ceea ce înseamnă un cadru nou-nouț cel puțin la fiecare 16,67 ms. 5800X3D este acolo cu Ryzen 9 5950X și Core i9-12900K în performanța jocurilor și încă rezistă bine față de Ryzen 9 7950X și Core i9-13900K. Când procesoare Ryzen 7000X3D lansate anul acesta, vor fi aproape sigur cele mai rapide cipuri de gaming de pe piață.

Acestea fiind spuse, 3D V-Cache nu este perfect, deoarece procesoarele care folosesc V-Cache au viteze de ceas mai mici decât omologii lor non-3D. Cache-ul suplimentar compensează frecvențele mai scăzute din jocuri, dar în alte aplicații există o mică pierdere de performanță. Din acest motiv, 3D V-Cache nu poate deveni niciodată implicit pentru procesoarele Ryzen.

Ce este atât de special la 3D V-Cache?

La sfârșitul zilei, 3D V-Cache este doar un cip cu cache pe el și performanța grozavă de joc a 5800X3D este mai indicativ pentru cât de grozav este memoria cache pentru jocuri, decât 3D V-Cache, care oferă noi niveluri de performanţă. Dar 3D V-Cache nu este revoluționar pentru cache, ci mai degrabă pentru modul în care sunt construite procesoarele și o potențială soluție la una dintre cele mai mari probleme ale industriei: moartea Legii lui Moore.

Chiar dacă nu a existat o criză de producție, 3D V-Cache este totuși o modalitate eficientă de a oferi un produs la nivel de entuziast.

Legea lui Moore este o predicție că cele mai rapide cipuri peste doi ani vor avea dublul tranzistorilor celor mai rapide cipuri care există astăzi. Un tranzistor este cea mai mică componentă a unui procesor, iar mai mulți tranzistori înseamnă de obicei performanțe mai bune. Întrucât procesoarele pot fi doar atât de mari, îndeplinirea așteptărilor Legii lui Moore înseamnă a obține rezultate mai mari densitatea, iar densitatea mai mare este obținută în primul rând prin utilizarea unor procese de fabricație mai bune (numite și noduri). Pe scurt, industria a reușit în mod tradițional să țină pasul cu Legea lui Moore folosind cel mai recent proces sau nod.

În ultimul deceniu, Legea lui Moore s-a referit la suportul vieții, deoarece dezvoltarea de noi noduri mai bune a fost extrem de dificilă. Ritmul creșterii densității a încetinit atât de semnificativ încât companiile ar putea să nu poată îndeplini așteptările Legii lui Moore, ceea ce înseamnă că progresul tehnologic încetinește. Cache-ul, în special, a fost foarte rezistent la îmbunătățirea densității și, chiar anul trecut, TSMC a anunțat că versiunea sa inițială a procesului de 3 nm nu va avea o densitate cache mai mare de 5 nm.

3D V-Cache este o soluție ingenioasă la această problemă. Punând cea mai mare parte a memoriei cache a procesorului pe propriul chiplet, AMD poate dedica mai mult spațiu pe cipurile de calcul tranzistoarelor logice, care alcătuiesc nuclee individuale și sunt mult mai ușor de micșorat decât memoria cache. În plus, acest lucru înseamnă că AMD poate folosi noduri mai vechi și mai ieftine pentru cipurile V-Cache salvând în același timp nodurile de ultimă oră pentru cipurile de calcul. Putem vedea deja AMD aplicând această teorie de design la GPU-urile sale; RX 7900 XTX și XT au un cip GPU principal înconjurat de alte șase chipleturi care conțin tot memoria cache L3.

Chiar dacă nu a existat o criză de producție, 3D V-Cache este totuși o modalitate eficientă de a oferi un produs la nivel de entuziast. AMD nu trebuie să proiecteze un procesor special pentru jocuri (ceea ce ar îngreuna ca AMD să obțină profit), nici nu AMD trebuie să facă CPU-urile sale principale să vină cu mai mult cache decât este necesar (ceea ce ar face ca fiecare procesor să fie prohibitiv scump). 3D V-Cache este atât de simplu, dar un astfel de schimbător de joc; este posibil, chiar probabil, să vedem companii precum Intel reproducând succesul 3D V-Cache cu propriile lor cipuri cache.