AMD gör en hybrid-CPU, och så här kommer den att se ut

När Intel lanserade sin 12:e generationens Alder Lake-chips i slutet av 2021, gjorde det något alldeles unikt genom att använda två helt olika sorters kärnor i samma paket. Naturligtvis uppfann inte Intel vad den kallar "hybridarkitektur" eftersom Arm gjorde i princip samma sak under vad den kallar stor. LITE i åratal. Men på skrivbordet var detta en stor sak eftersom det gjorde det möjligt för Intel att uppnå en hög prestanda samtidigt som den använde mindre kraft och yta än en icke-hybrid CPU skulle ha. AMD har under tiden fortsatt att erbjuda bara en arkitektur per CPU.

Men så kommer det inte att vara för alltid, liksom AMD har redan nästan bekräftat att dess första hybridprocessor är i horisonten. Detta är inte bara en stor sak i teknisk mening, utan det betyder också att AMD tar anteckningar från Intel för en gångs skull (en påminnelse om att Intel en gång hånade AMD: s chipletstrategi och nu tillverkar sina egna chiplets, som märkes som kakel). Vi vet inte exakt hur långt AMD kommer att gå med sin hybridarkitektur, men vi har redan avgörande detaljer om vad som troligen kommer att bli företagets första hybrid-CPU.

Hur hybridarkitektur kan göra Ryzen ännu bättre

Även om AMD har många olika CPU-produkter, fokuserar jag bara på Ryzen för stationära och bärbara datorer i detta artikel, mest för att hybridarkitektur traditionellt har använts för konsumentsaker och inte mycket (if något annat. De poäng jag gör här kommer dock till stor del att gälla andra saker som datacentersegmentet.

En av de saker som jag ofta ser folk undrar över är varför Intel packar sina processorer med svaga E-kärnor istället för att ha full P-kärna. När allt kommer omkring är P-kärnor mycket snabbare än E-kärnor, så uppenbarligen håller Intel på att skära hörn, eller hur? Faktum är att inte bara hybridprocessorer som Core i9-13900K är några av de bästa processorer som finns tillgängliga idag, de skulle inte ens vara möjliga utan E-kärnor, och det handlar om två saker: kraft och område.

För det första, medan P-kärnor är mycket snabbare än E-kärnor, förbrukar de också mer ström. För processorer som 13900K betyder mindre effektivitet mindre prestanda eftersom den tänjer på gränsen för hur mycket ström en processor kan förbruka utan att bli för varm. Förutom effektivitet är E-kärnor också mycket mindre än P-kärnor, och genom att använda många E-kärnor kan Intel packa mer prestanda i en mindre storlek. Fler e-kärnor kan tillåta flertrådade program att skala över flera kärnor, samtidigt som de drar in fördelarna med utrymmesbesparingarna med att använda dessa mindre kärnor.

Genom att erbjuda olika kärnor optimerade för prestanda och effektivitet, kan hybridarkitektur-CPU: er kringgå en grundläggande designproblematik som finns i traditionella CPU: er. För att öka entrådiga prestanda måste du göra kärnorna individuellt starkare, men detta resulterar ofta i ineffektiv strömförbrukning och användningsområde. För bättre multi-threaded prestanda behöver du dock massor av kärnor, men kraft och areaineffektivitet gör det svårare att uppnå. Genom att erbjuda det bästa av två världar kringgår hybridarkitektur detta kärndesigndilemmat.

Hur en hybrid AMD-processor kan se ut

Hybrid arkitektur har utan tvekan gjort Intels bästa processorer, och dess hybrid-CPU: er är designade som alla hybrid-CPU: er innan den, med alla CPU-kärnor som delar samma kisel (ungefär som hur många CPU: er ofta har integrerad grafik tillsammans med CPU-kärnor). Möjligheterna med AMD är dock mycket olika eftersom företaget även använder sig av chiplets utöver traditionella, monolitiska konstruktioner. Även om vi redan vet mycket om AMD: s första hybridchip så finns det många fler möjligheter att överväga.

Tack och lov behöver vi inte spekulera om arkitektur här eftersom AMD redan har stora (prestanda) kärnor och små (effektiva) kärnor. Vanliga Zen-kärnor som Zen 4 skulle vara de stora kärnorna, medan de helt nya kraft- och yteffektivitetsoptimerade "c"-variantkärnorna, som Zen 4c, skulle vara de små. Även om Zen 4c först debuterar som en molnoptimerad server-CPU tack vare dess förmåga att lägga 128 kärnor på en enda CPU, Jag undrar om AMD alltid hade för avsikt att använda den för hybridarkitektur eller om detta är en ny plan. Däremot Intels första E-core-server CPU har ännu inte kommit ut.

Genom att erbjuda olika kärnor optimerade för prestanda och effektivitet kan hybridarkitektur-CPU: er kringgå en grundläggande designproblematik som finns i traditionella processorer.

Vi känner redan till några av de viktigaste detaljerna i AMD: s Phoenix 2 APU, vilket är det första hybridchipet som företaget kommer att lansera. Vi vet att det är en sexkärnig APU, och vi kan rimligen anta att den har två Zen 4-kärnor och fyra Zen 4c-kärnor, och slutresultatet är att Phoenix 2 är betydligt mindre än Phoenix. Men det är också betydligt mindre jämfört med den vanliga Phoenix APU på andra ställen; den har inte Ryzen AI-kapacitet, och dess integrerade grafik är begränsad till fyra kärnor, vilket är en tredjedel av iGPU: n i Phoenix. Så Zen 4c är inte det enda som gör Phoenix 2 mindre.

Medan Phoenix 2 tillverkas och kanske till och med finns i bärbara datorer du kan köpa just nu, finns det en hake. Den fyrkärniga Ryzen 3 7440U kommer till synes använda både Phoenix och Phoenix 2-chips, och eftersom AMD uppenbarligen vill att detta chip ska fungera konsekvent, betyder det att 7440U kanske inte drar full nytta av hybridarkitekturen i Phoenix 2. 7440U kanske till och med bara använder Zen 4c-kärnorna, men vi vet inte detta med säkerhet ännu. Ryzen 5 7540U skulle också kunna använda Phoenix 2 (även om AMD bekräftade att detta inte händer ännu), men den kommer inte att dra full nytta av hybriddesignen heller.

Dessutom är det oklart hur fördelaktiga Zen 4c-kärnor kommer att vara för mobilen. Medan AMD har sagt att dess Zen 4c datacenter-processorer är mer effektiva än sina vanliga Zen 4-processorer, avslöjade inte om Zen 4c är mer effektiv vid samma klockhastighet eller om den är effektivare eftersom den är klockad lägre. Om Zen 4 är lika effektiv som Zen 4c vid samma frekvens, så är bara dess densitet en betydande fördel. Som sagt, vi kommer förmodligen att veta inom en snar framtid hur bra Phoenix 2 är när den äntligen lanseras på allvar.

Ett problem som AMD stöter på på stationära datorer är att den bara kan placera två CPU-chiplets (även kallad a Core Complex Die eller en CCD) i en vanlig CPU, och det har lämnat Ryzen fast vid 16 kärnor sedan 2019. Att få ett högre antal kärnor kräver en helt ny design som skulle vara dyr och en stor huvudvärk; uppenbarligen är det inte möjligt att öka antalet CCD: er på processorn eftersom AM5 Ryzen-processorer helt enkelt inte har utrymme. Zen 4c CCD: er har dock 16 kärnor snarare än 8 på Zen 4 CCD: er, och att använda en av varje skulle tillåta AMD att nå 24-kärnarna utan problem.

AMD kan också designa en ny chiplet som innehåller både Zen och Zen c-variant kärnor, vilket gör den ganska lik Intels hybrid-CPU. Jag tror dock inte att AMD kommer att göra det gör detta, främst för att den inte gillar att designa nya chips om de inte skulle ha breda användningsfall, och dessa hybridchiplets skulle förmodligen bara användas för Ryzen. Dessutom, av tekniska skäl, skulle varje chiplet sannolikt komma med åtta Zen-kärnor och åtta Zen c-typ kärnor, när du helst skulle ha fler Zen c-variant kärnor än vanliga. AMD skulle kunna göra några arkitektoniska ändringar för att ändra på det, men återigen, AMD hatar att spendera pengar oseriöst.

Oavsett vilket, om AMD väljer att ta med sina kompakta kärnor av c-typ till skrivbordet, kommer vi förmodligen att få mycket, mycket högre kärnantal än vi någonsin sett tidigare. Chiplets gjorde den första vanliga 16-kärniga processorn möjlig med AMDs Ryzen 9 3950X, och hybridarkitekturen i Intels Raptor Lake gav oss den första 24-kärniga processorn för mainstream. Med chiplets och hybridarkitektur kombinerade skulle vi lätt kunna se en 40-kärnig CPU om AMD kombinerar en 8-kärnig chiplet med vanliga Zen-kärnor med en 32-kärnig chiplet som använder c-variant-kärnor.

För AMD är hybridarkitektur naturlig och kanske till och med nödvändig

Den föreslagna döden av Moores lag kan få djupgående konsekvenser för AMD och hur den designar processorer. Chiplets är ett sätt att komma runt de ökande kostnaderna för att tillverka processorer samt de minskande förbättringarna varje ny process medför. TSMC: s 3nm-processnod, som AMD kommer att använda för Zen 5, är särskilt dålig eftersom den i bästa fall ger en liten ökning av cache-densitet utöver en relativt dålig förstärkning i analog densitet (vilket är det som gör kärnor mindre). För ett innovativt företag som AMD verkar inkorporering av hybridarkitektur vara den naturliga vägen framåt.

Phoenix 2 kommer att bli AMD: s första hybridchip, men det kan bara vara början. AMD börjar helt klart lite här med ett chip som inte enbart kommer att användas för hybridprocessorer, men i de kommande generationerna, jag tvivlar inte på att AMD kommer att försöka pressa alla fördelar den kan ur hybrid arkitektur. Det fungerade riktigt bra för Intel, så vi kanske får se hybriddesigner driva några av dem AMD: s bästa processorer i framtiden.