Čo je Ryzen 3D V-Cache a prečo je dobrá na hranie hier?

Jadrá a frekvencie bývali hlavnými špecifikáciami, na ktoré sa ľudia pozerali pri kúpe CPU, ale technológia 3D V-Cache od AMD to všetko zmenila. Ryzen 7 5800X3D v roku 2022 dokázal, že vyrovnávacia pamäť je najdôležitejším faktorom, pokiaľ ide o herný výkon, a AMD bola schopný zmeniť herný procesor strednej triedy na uchádzača o hernú korunu len pridaním toho, čo spoločnosť nazvala „3D“. V-Cache".

3D V-Cache nie je len nejaký marketingový buzzword alebo trik ako „výbušné spracovanie“ Sega Genesis, ale skôr riešenie jedného z najväčších problémov, ktorým kedy polovodičový priemysel čelil. Aj bez toho sa 3D V-Cache ukázala ako skvelý spôsob, ako ponúknuť ešte viac prémiových a špičkových CPU bez veľkého úsilia zo strany AMD.

Čo je vyrovnávacia pamäť?

Predtým, ako sa budeme baviť o 3D V-Cache, musíme hovoriť o bežnej starej vyrovnávacej pamäti. Počítače už dávno používali dva základné typy úložiska: pevné disky a pamäť RAM (random access memory). Pevné disky sú pomalé, ale dokážu uložiť veľa údajov, zatiaľ čo pamäť RAM môže uložiť len malé množstvo údajov, ale sú veľmi rýchle. Toto usporiadanie fungovalo dobre, kým tempo zlepšovania výkonu CPU nezačalo v deväťdesiatych rokoch predbiehať RAM a RAM potrebovala byť rýchlejšia, aby procesory neboli prekážkou.

Riešením bola cache. Tento druh pamäte je a veľa menšia ako RAM, ale má ešte väčší výkon a je umiestnená priamo v procesore a nie niekde na základnej doske. Tým sa vytvorila hierarchia pamäte s vyrovnávacou pamäťou navrchu, pamäťou RAM v strede a úložiskom (ako sú pevné disky a disky SSD) naspodku. Vyrovnávacia pamäť si však nakoniec vyvinula svoje vlastné hierarchie s rôznymi úrovňami výkonu a kapacity, aby vyhovovali potrebám každého čipu. (To platí aj pre iné druhy procesorov, ako sú GPU.)

Dnes má typický high-end CPU úroveň 1 (alebo L1), L2 a L3 cache. Cache L1 je malá a dáva sa každému jednotlivému jadru na čo najrýchlejšie spracovanie malých pokynov. Vyrovnávacia pamäť L2 sa poskytuje množstvu jadier na výhradné použitie, ale je väčšia, niekedy rádovo, a je uložená mimo akéhokoľvek jednotlivého jadra. Cache L3 je zvyčajne zdieľaná všetkými jadrami na jednom CPU a je často najväčšou a poslednou vrstvou. Niektoré veľmi špecializované procesory sa dokonca dodávajú s vyrovnávacou pamäťou L4, ktorá sa zvyčajne nenachádza na samotnom procesore, ale skôr na type pamäte RAM vloženej do balíka CPU, ako je napríklad vyrovnávacia pamäť HBM2 Xeon 4. generácie.

Čo je 3D V-Cache?

3D V-Cache je jednoducho čip, ktorý nemá nič iné ako vyrovnávaciu pamäť a procesory Ryzen 5000 a Ryzen 7000 sú navrhnuté s ohľadom na kompatibilitu s 3D V-Cache. Každý čip alebo čip 3D V-Cache má 64 MB vyrovnávacej pamäte L3, čo je dvojnásobok oproti jedinému výpočtovému čipletu Zen. Možno si myslíte, že 3D V-Cache by sa mala počítať ako vyrovnávacia pamäť L4, pretože nie je súčasťou samotného procesora, ale AMD v skutočnosti nainštaluje tieto čipy vertikálne na výpočtové čipy, kde sú umiestnené všetky jadrá a vyrovnávacia pamäť, a to kde 3D V- Značenie vyrovnávacej pamäte pochádza z.

Ryzen 7 5800X3D bol úplne prvý procesor AMD, ktorý používal túto technológiu a ako jediný 3D V-Cache CPU svojej generácie išlo v podstate o skúšobnú prevádzku. Ryzen 7 5800X (bez V-Cache) má 32 MB L3, ale 5800X3D má trojnásobok 96 MB. Cieľom pridania všetkej tejto vyrovnávacej pamäte bolo zabrániť tomu, aby CPU potreboval čo najviac komunikovať s RAM, pretože RAM je oveľa pomalšia ako vyrovnávacia pamäť L3. Pre väčšinu aplikácií je to príliš veľa vyrovnávacej pamäte, ale existuje jeden druh softvéru, ktorý vyrovnávaciu pamäť miluje: hry.

Hry vo všeobecnosti nevyžadujú veľa jadier CPU a surový výkon, aby dobre fungovali, ale skôr vyžadujú, aby CPU čo najskôr spracoval množstvo malých údajov. Koniec koncov, väčšina počítačových hráčov chce spustiť svoje hry rýchlosťou 60 FPS alebo vyššou, čo znamená úplne nový snímok aspoň každých 16,67 ms. 5800X3D je tam s Ryzen 9 5950X a Core i9-12900K v hernom výkone a stále dobre obstojí proti Ryzen 9 7950X a Core i9-13900K. Kedy CPU Ryzen 7000X3D uvedenie na trh v tomto roku, takmer určite pôjde o najrýchlejšie herné čipy na trhu.

To znamená, že 3D V-Cache nie je dokonalá, pretože procesory používajúce V-Cache majú nižšie rýchlosti hodín ako ich náprotivky bez 3D. Extra vyrovnávacia pamäť kompenzuje nižšie frekvencie v hrách, ale v iných aplikáciách dochádza k malej strate výkonu. Z tohto dôvodu sa 3D V-Cache nikdy nemusí stať predvolenou pre CPU Ryzen.

Čo je na 3D V-Cache také zvláštne?

Na konci dňa je 3D V-Cache len čip s vyrovnávacou pamäťou a skvelý herný výkon 5800X3D viac svedčí o tom, aká skvelá je vyrovnávacia pamäť na hranie hier, než 3D V-Cache ponúkajúca nové úrovne výkon. Ale 3D V-Cache nie je revolučný pre vyrovnávaciu pamäť, ale skôr pre spôsob, akým sa budujú procesory a potenciálne riešenie jedného z najväčších problémov odvetvia: smrť Mooreovho zákona.

Aj keby nedošlo k výrobnej kríze, 3D V-Cache je stále efektívnym spôsobom, ako ponúknuť produkt na úrovni nadšencov.

Moorov zákon je predpoveď, že najrýchlejšie čipy budú mať o dva roky dvojnásobok tranzistorov v porovnaní s najrýchlejšími čipmi, ktoré dnes existujú. Tranzistor je najmenšia súčasť procesora a viac tranzistorov zvyčajne znamená lepší výkon. Keďže procesory môžu byť len také veľké, splniť očakávania Moorovho zákona znamená dosiahnuť vyššie hustota a vyššia hustota sa dosahuje predovšetkým použitím lepších výrobných procesov (nazývaných aj uzly). Skrátka, priemysel už tradične dokázal držať krok s Moorovým zákonom pomocou najnovšieho procesu alebo uzla.

Posledné desaťročie sa Moorov zákon týkal podpory života, pretože vývoj lepších nových uzlov bol mimoriadne náročný. Tempo zvyšovania hustoty sa spomalilo tak výrazne, že spoločnosti nemusia byť schopné splniť očakávania Moorovho zákona, čo znamená, že technologický pokrok sa spomaľuje. Najmä vyrovnávacia pamäť bola veľmi odolná voči zlepšeniam hustoty a len minulý rok spoločnosť TSMC oznámila, že jej počiatočná verzia 3nm procesu nebude mať väčšiu hustotu vyrovnávacej pamäte ako 5nm.

3D V-Cache je dômyselným riešením tohto problému. Umiestnením väčšiny vyrovnávacej pamäte CPU na vlastný čiplet môže AMD venovať viac miesta na výpočtových čipoch logickým tranzistorom, ktoré tvoria jednotlivé jadrá a dajú sa oveľa ľahšie zmenšiť ako vyrovnávacia pamäť. Okrem toho to znamená, že AMD môže použiť staršie, lacnejšie uzly pre čipy V-Cache a zároveň ušetriť špičkové uzly pre výpočtové čipy. Už vidíme AMD, ako aplikuje túto dizajnovú teóriu na svoje GPU; RX 7900 XTX a XT majú jeden hlavný čip GPU obklopený šiestimi ďalšími čipletmi, ktoré obsahujú celú vyrovnávaciu pamäť L3.

Aj keby nedošlo k výrobnej kríze, 3D V-Cache je stále efektívnym spôsobom, ako ponúknuť produkt na úrovni nadšencov. AMD nepotrebuje navrhovať CPU špeciálne pre hranie hier (čo by AMD sťažilo zisk), ani to nepotrebuje AMD musí zabezpečiť, aby jej bežné procesory boli vybavené väčšou vyrovnávacou pamäťou, ako je potrebné (čo by spôsobilo, že každý procesor bude neúmerne vysoký drahé). 3D V-Cache je taká jednoduchá, no zároveň mení hru; je možné, dokonca pravdepodobné, že uvidíme spoločnosti ako Intel replikovať úspech 3D V-Cache pomocou vlastných vyrovnávacích čipov.